表面膜对点阵结构Ti6Al4V表面超疏水特性的影响

采用激光加工在Ti6Al4V试样表面加工不同间距的点阵结构,采用自组装技术制备4种自组装分子膜。通过表面形貌和接触角的测量表征试样的表面特性。结果表明:通过激光点阵加工和沉积自组装分子膜,可显著增加Ti6Al4V试样的水接触角。长链分子FDTS、FOTS和OTS制备的自组装分子膜,使Ti6Al4V试样的接触角均大于150?,形成超疏水表面,其中沉积FDTS自组装分子膜时,试样的接触角最大,可达164.5?。沉积短链分子MPS自组装分子膜时,只有当激光加工间距为50μm时,试样方可形成超疏水表面;间距增大后,试样表面变成疏水表面。沉积4种自组装分子膜时,试样的接触角均随激光点阵加工间距的增大而减小。     

疏水/超疏水Ti合金表面液滴的运动特性

采用激光加工技术在Ti6Al4V合金表面构建点阵微结构,利用自组装分子膜技术在微结构表面沉积低表面能物质,制备疏水/超疏水表面。采用自制测试系统测试液滴在试样表面的静态接触角和滚动角,用高速摄像机拍摄液滴滴落到试样表面的运动过程。结果表明,经激光加工和低表面能修饰可构建Ti6Al4V疏水/超疏水表面,其最大接触角为151.4°,表面静态接触角随点阵间隔的增大而减小;液滴静态接触角与液滴滴落高度相关,同一表面上的液滴静态接触角由最后一次滴落高度决定。液滴滴落到水平试样表面的铺展系数由试样表面粗糙度和静态接触角决定,表面粗糙度和静态接触角越大,液滴铺展系数越小。当滴落高度从0 mm增大到20 mm时,铺展系数的增大幅度约为50%。     

表面纹理和表面膜对Ti6Al4V合金空蚀特性的影响

为研究表面纹理和表面膜对材料抗空蚀特性的影响,采用激光表面改性的方法对Ti6Al4V合金进行纹理加工,在纹理加工试样上采用自组装技术制备自组装分子膜。采用接触角测量表征试样的表面特性,通过对试样的抗空蚀特性进行测试和对试样空蚀前后的表面形貌进行观测,分析试样的空蚀发生机制。结果表明,Ti6Al4V试样上激光加工表面纹理可显著提高其抗空蚀能力,纹理加工试样上制备自组装分子膜,由于具有疏水特性可以进一步改善试样的抗空蚀能力;网格纹理试样的抗空蚀能力由于表面硬度高、硬度梯度大及突起高硬度点分布均匀而强于直线纹理试样;沉积薄膜纹理试样的抗空蚀能力随着间距的增大而增大,未沉积薄膜试样的抗空蚀能力随着间距的增大而减小。     

飞秒激光与电沉积复合工艺制备不锈钢超疏水表面及减阻性能EI北大核心CSCD

在远程管道运输过程中,固液间摩擦阻力是一个不容忽视的问题,类鲨鱼结构减阻效率低且制备困难。基于荷叶表面仿生思想,构筑微结构制备超疏水表面,减小摩擦阻力。采用飞秒激光刻蚀与电沉积复合工艺,在不锈钢表面构筑框-锥多级结构,经自组装氟硅烷制备超疏水表面,讨论复合工艺参数对微结构形貌及润湿性能的影响,探究框-锥多级结构超疏水表面减阻。结果表明,利用飞秒激光可获得周期性分布的框结构,随着激光功率的增加,微米框结构内部形成不规则沟壑金属堆积物,且关光延时的增长会产生单侧分布微孔结构,损伤基体整体强度;通过电沉积工艺制备亚微米尖锥结构镍镀层,随着电流密度的增加,镀层微结构形态发生变化,形成亚微米尖锥石结构,表面由疏水转变为超疏水。与激光刻蚀10次自组装氟硅烷涂层试样相比,激光刻蚀与电沉积复合工艺自组装氟硅烷涂层的试样表面接触角由138.6°提高到156.7°,对水和30wt.%甘油的减阻率分别由8.17%、14.38%提高到27.74%、23.69%。将激光刻蚀与电沉积相结合,构筑微纳结构经自组装制备超疏水表面,可为降低管道输运中固液间摩擦阻力提供新的技术途径。     

超疏水船用铝合金表面微结构对耐海水腐蚀性能的影响

为提高船用铝合金的耐海水腐蚀性能,利用激光在5083船用铝合金表面分别刻蚀点阵、直线、网格3种微结构,采用聚合物基纳米复合材料构建微纳双层结构,制备超疏水船用铝合金表面。采用光学显微镜和扫描电子显微镜表征其形貌;用接触角测量仪测量接触角和滚动角;采用电化学分析方法测试在海水环境中的耐腐蚀性能。结果表明,具有微纳双层结构的超疏水表面符合Cassie状态,且随着微结构间距的增大,接触角减小,滚动角增大,其耐海水腐蚀性能显著增强。间距为100μm的网格微结构表面具有最大的接触角157.8°和最小的滚动角0.57°,可将铝合金的腐蚀阻抗提高2个数量级。     

表面润湿性对微通道界面减阻特性的影响

目的降低微通道的流动阻力。方法借助激光加工、自组装技术和化学涂覆技术,在Si基底上制备了3种不同润湿性的表面,通过组装获得具有不同润湿性壁面的微通道。采用微观粒子成像测速技术(μ-PIV),对构建的微通道单侧滑移流动和双侧滑移流动进行测试。结果 Si表面沉积自组装分子膜、微结构加工结合自组装分子膜沉积及构筑微结构后,进行纳米二氧化硅涂覆的接触角分别为114.6°、142.7°和155.4°。亲水壁面A与疏水壁面B、C和超疏水壁面D组成的微通道,B、C和D壁面的滑移速度分别为0.018、0.022、0.029 m/s。B-D通道的平均流速比B-C通道提高了0.85%,C-D通道的平均流速比C-C通道提高了5.25%。结论疏水壁面处均存在较明显的滑移速度,且壁面疏水性越强,滑移速度越大。当两侧壁面均为疏水壁面时,一侧壁面疏水性的提高可以增加另一侧壁面疏水性对整体减阻效果的影响,但会迫使另一侧疏水壁面的滑移速度减小。流场中最大速度位置会偏向疏水性较强的一侧壁面,且两侧壁面润湿性的差距越大,其偏离距离越大。     

超疏水钛合金表面制备及其抗海洋生物附着性能

为提高钛合金抗海洋生物附着性能,采用激光刻蚀技术在Ti6Al4V合金表面构建不同间距的微米级点阵结构,利用聚合物基纳米复合材料构建微/纳双层结构,制备超疏水Ti6Al4V合金表面。用光学显微镜和扫描电镜表征其形貌;用接触角测量仪测量试样的表面接触角;用浅海挂板的方法测试试样的抗海洋生物附着污损性能。结果表明,具有单一微结构的Ti6Al4V合金表面为疏水表面。随着点阵间距的减小,接触角增大。当间距为50μm时,接触角可达131.8o,但试样的表面滚动角较大,将试样竖直甚至翻转,水滴都不滚落;具有微/纳双层结构的Ti6Al4V合金表面为超疏水表面,且随着点阵间距的减小接触角增大,滚动角减小。当间距为50μm时,接触角达163.8o,滚动角仅为1.89o。具有微/纳双层结构的超疏水Ti6Al4V合金表面抗海洋生物附着污损性能显著优于抛光Ti6Al4V合金表面及具有单一微结构的Ti6Al4V合金表面。     

表面形貌和润湿性对钛合金摩擦学性能的影响

为提高钛合金的摩擦学性能,采用激光加工技术在Ti6Al4V合金表面分别构建间距为100和300μm的网格和点阵微结构,将SiO_2纳米粒子涂覆在微结构上制备微纳结构。用接触角测量仪测量试样的表面接触角和滚动角;用LEXT OLS4000 3D激光共聚焦显微镜进行表面形貌和磨痕表征,采用多功能摩擦磨损试验机(UMT)进行摩擦学性能测试。结果表明,具有微结构的表面是符合Wenzel状态的疏水表面,涂覆SiO_2具有微纳结构的表面是符合Cassie状态的超疏水表面。微结构间距100μm的表面的疏水性强于300μm,网格表面疏水性强于点阵。随表面疏水性能的增强,磨痕深度变浅。在50 m N载荷条件下,涂覆SiO_2表面的摩擦系数约为激光加工表面的0.6倍,网格表面的摩擦系数约为点阵的0.8倍。在5 N载荷条件下,涂覆SiO_2减小摩擦系数曲线的波动性。     

加工参数对AZ91D镁合金表面超疏水性能的影响

通过优化加工参数,在镁合金表面获得优良的超疏水性能。用激光刻蚀法获得微米结构,结合纳米涂覆技术制备微/纳米复合结构,再结合低表面能物质,制得超疏水表面。系统研究了加工参数对超疏水性能的影响。通过接触角和滚动角测试,评价镁合金表面的超疏水性,并通过扫描电子显微镜对复合结构表面形貌进行分析。采用涂覆法在激光加工后的基体上成功获得了超疏水改性层。加工参数对AZ91D镁合金超疏水性具有重要的影响。当采用点阵形貌,点阵间距50μm,加工电流为15 A,纳米分散液浓度15 g/L时,AZ91D超疏水表面的静态接触角达到最大值161.1°,滑动角为2.109°,超疏水性能达到最佳。     

仿生亲水微轨道-超疏水复合表面液滴可控定向引导研究

目的 实现液滴在超疏水表面定向可控滑动.方法 通过一种简单而有效的方法制备复合仿水稻叶亲水微轨道的超疏水表面.首先使用NaOH腐蚀铝合金表面形成微纳结构,然后浸泡硬脂酸溶液使得粗糙表面自生长硬脂酸超疏水层,最后使用纳秒激光系统去除局部超疏水层,形成用于引导液滴的仿水稻叶微轨道.利用超疏水表面的超强憎水特性及亲水微轨道的亲水性,得到水滴运动各向异性的微结构化表面.通过优化微轨道参数,改变液滴各向异性润湿及滑动特性.结果 随着相邻亲水微轨道间隔的减小,平行微轨道方向接触角也明显减小,液滴沿轨道方向的滑动阻力明显增加.当相邻微轨道间距为500μm时,达到平行亲水微轨道方向和垂直亲水微轨道方向滑动角的差值超过50°,为液滴可控定向引导最佳间距.进一步提出了具有变密度亲水微轨道和曲线排列亲水微轨道的超疏水表面,其具有在特定单方向液滴可控引导的特性,并引导水滴沿微轨道聚集到亲水末端点.通过机理分析得出,液滴在复合表面的各向异性润湿和定向滑动,是由于超疏水表面和亲水微轨道之间的表面能性质差异,以及毛细作用引起的预润湿效应等.结论 本研究制备的复合亲水微轨道超疏水表面可实现液滴定向引导,在集水、水滴混合及污渍去除等领域具有应用潜力.     

超疏水镁合金制备及其耐腐蚀性研究

研究了2种化学试剂和2种表面改性剂,通过4种不同的组合方式在镁合金表面制备超疏水膜层的简单方法。先分别使用氯化铜和硫酸锌对镁合金进行化学刻蚀,再通过油酸和硬脂酸对其进行表面修饰。改性以后试样的静态接触角均达到150o以上,滚动角在6.5o左右;且试样的超疏水性能保持稳定,在空气中暴露半年之久后,其接触角依然保持在150o以上,变化幅度非常小。对4种不同的超疏水试样进行电化学测试,比较发现采用氯化铜刻蚀后经过硬脂酸自组装得到的超疏水表面拥有最好的耐腐蚀性,其自腐蚀电位达到–1.11 V,相比于镁合金基体提高了0.33 V,且容抗弧直径是基体的6~7倍。     

MB8镁合金表面超疏水复合膜层的制备与表征

利用微弧氧化技术在镁合金表面制备微米级粗糙结构,采用环氧树脂溶液和纳米二氧化硅分散液对该表面进行涂覆处理,得到二氧化硅纳米颗粒均匀分布的粗糙表面,再利用全氟硅烷改性,制备得到具有超疏水性的复合膜层。采用扫描电镜、X射线衍射仪、接触角测量仪、高速摄影系统评价膜层的形貌结构和润湿性。结果表明,微弧氧化层所具有的微米级结构和纳米二氧化硅颗粒组成的微/纳二元粗糙结构对疏水性的提高具有重要作用;复合膜层表面的接触角随二氧化硅分散液浓度的提高呈现先增加后减小趋势,并最终逐渐稳定在150o左右;在二氧化硅分散液浓度为10.0g/L时,复合表面的接触角最大,可达161o,在此条件下获取的复合表面对不同pH值的液滴均具有超疏水性。同时该表面对水滴呈现低黏附特性。     

激光刻蚀法制备GH4169超疏水表面及性能研究

采用光纤激光打标机在GH4169基底上刻蚀出微观结构,并通过在1.0%氟硅烷(FAS)乙醇溶液中改性降低表面能制备GH4169超疏水表面。该超疏水表面能达到接触角大于160°且滚动角小于10°。通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、接触角测量仪对样品的微观结构、元素组成及润湿性进行表征和分析。采用单因素实验探究光纤激光打标机的扫描频率、功率以及速度对GH4169表面润湿性的影响规律,并对制备出的超疏水表面的粘附性和自清洁性进行了测试。     

具有超疏水表面的白铜在3.5%NaCl溶液中的电化学行为

通过化学刻蚀法和自组装技术,构建了白铜的超疏水表面.利用接触角测试和电化学分析技术探讨了制备工艺对疏水膜性能的影响.对不同刻蚀条件下制备的超疏水表面的电化学测试结果进行比较,结果表明:合适的表面粗糙结构是制备具有优良耐蚀性能的超疏水膜的关键.接触角测量和电化学测试结果表明:构建的白铜基超疏水表面的接触角可达152.8°,该超疏水膜能够大幅提高白铜在3.5%NaCl溶液中的耐蚀性能,缓蚀效率达到96.1%.     

疏水型自清洁涂料的制备与性能研究

采用机械共混法,通过添加疏水性纳米SiO2对PRTV硅橡胶涂料进行改性,研究了纳米SiO2的添加量对改性PRTV涂层表面疏水性的影响,并探讨了涂层表面的微结构与其水接触角的内在关系。结果表明:利用共混法将疏水性纳米SiO2加入PRTV涂料中,可以制备出具有超疏水性的复合涂料,其涂层的水接触角可由106°提高到150°。     

Mg-Li合金表面浅绿色超疏水复合膜层的制备及耐蚀性能研究

通过微弧氧化着色技术在Mg-Li合金表面生成浅绿色类陶瓷膜层,并在着色膜表面有机镀膜复合改性。用蒸馏水在镀膜表面的静态接触角以及动电位极化曲线和电化学阻抗谱测试,分别研究复合改性前后润湿性及耐蚀性。结果表明,微弧氧化着色表面通过有机镀膜生长了一层有机薄膜,接触角由近0°变为169.2°,实现了超亲水到超疏水的功能转化。Mg-Li合金基体经微弧氧化着色改性后,耐蚀性能明显提高,经复合改性后耐蚀性能进一步提高;与基体相比,超疏水复合膜在0.1 mol/L NaCl溶液中的动电位极化腐蚀电流密度减小3个数量级,电化学阻抗提高3个数量级。     

白铜基体低表面能复合膜的制备及其耐腐蚀性能研究

目的研究混合修饰构筑白铜超疏水表面的可行性及防腐性能。方法以白铜为基体,采用简单的化学刻蚀法,以硝酸银溶液作为刻蚀液,经肉豆蔻酸和十二硫醇的混合乙醇溶液修饰来制备超疏水白铜。采用接触角测量仪、XRD、FTIR、SEM、EDS对超疏水白铜表面性能和结构等进行了表征,并利用Tafel曲线和电化学阻抗谱研究低表面能复合膜的耐蚀性能。结果肉豆蔻酸和十二硫醇的疏水长链都组装到薄银层表面,其中肉豆蔻酸和薄银层的键合形式为双齿桥式复合模式,超疏水白铜表面形貌由微米级枝晶和纳米级乳突状结构组成,同时材料表面与水的接触角达到157.4°,表现出超疏水水平。此外,制备的超疏水白铜表面具有良好的化学稳定性和耐腐蚀性能,在水、有机溶液、3.5%Na Cl溶液中分别浸泡2 d,所有样品表面仍表现为超疏水水平。由Tafel极化曲线拟合参数计算可知,其缓蚀效率达到83.9%。结论以两种低表面能物质混合修饰来制备超疏水白铜表面的方法是可行且有效的,且该复合膜具有优良的耐腐蚀性能。