超疏水表面技术在腐蚀防护领域中的研究进展

提高材料表面疏水性有利于降低其与水分等腐蚀性介质的相互作用,从而增强材料的耐腐蚀性。近年来,超疏水表面由于其非润湿性、自清洁性等特殊表面性质而受到广泛的关注,并且越来越多的研究已经将超疏水表面应用于腐蚀防护领域。材料表面的浸润性主要取决于表面化学性质及表面微观结构,因此提高材料表面的疏水性也往往通过降低材料的表面能、改变表面微观结构这两个方面入手。阐述了超疏水表面的浸润性机理,介绍了不同建立表面微观粗糙结构,增强材料疏水/超疏水性的方法,总结了超疏水表面技术在腐蚀防护领域的最新进展和存在的一些问题,并展望了超疏水防腐表面技术的未来发展方向。     

超疏水表面在金属防护中应用的研究进展

超疏水表面由于具有独特的微纳米粗糙结构和低表面能性质,能形成空气垫物理屏障层,减小材料表面与水或其他腐蚀介质之间的接触面积,因此被广泛应用于金属的腐蚀防护。首先简单介绍了超疏水表面的相关理论,主要包括Young氏方程、Wenzel模型和Cassie-Baxter模型。然后,归纳总结了三种制备超疏水表面的有效途径:在低表面能物质上构建微纳米级粗糙结构;先构建出具有微纳米级的粗糙结构,再对表面进行低表面能修饰;一步法完成低表面能修饰和微纳米级粗糙结构的构建。在此基础上,详细地综述了常见的超疏水表面(薄膜或涂层)在金属防护中的应用。进一步介绍了通过在超疏水体系中引入缓蚀剂的方式,构建具有主动防护功能的超疏水表面,并介绍了此种超疏水表面在金属防护中的应用。最后指出了目前的超疏水表面在制备工艺以及耐久性等方面存在的问题,并对其在金属防护领域的应用前景和发展方向作出了展望。     

金属防护用超疏水表面主要制备方法及应用研究进展

金属及其合金制品的腐蚀给人类带来巨大危害。主要从金属表面超疏水的角度探究金属的防护,在介绍超疏水表面相关理论的基础上,详细综述了国内外金属基体超疏水表面的最新研究进展和应用,讨论了化学腐蚀法、激光毛化技术、喷涂法、电化学技术、水热法、等离子体处理技术、置换沉积法、溶液浸泡法、复合法等超疏水表面制备技术的研究进展,这些技术都在一定程度上实现了金属表面超疏水性能,接触角达到150°以上,滚动角小于10°。除此之外,还介绍了超疏水表面在装饰金属材料、耐腐蚀、自清洁、防结冰、抗菌等方面的应用。最后指出了金属基体超疏水表面制备在工业应用中存在的缺陷,并对今后的发展方向进行了展望。     

多功能超疏水表面的制造和应用研究现状

荷叶表面是自然界中典型的超疏水表面,具有"出淤泥而不染"的特性,近年来,荷叶表面的超疏水现象引起了科研人员的广泛关注.普通表面经构建微纳米级粗糙结构和低表面能修饰后,可获得超疏水表面.将水滴置于超疏水表面上,水滴与超疏水表面间存在一层空气垫,空气垫可有效减小水滴与表面的接触面积,使水滴无法浸入表面微观结构中,而被"支撑"在超疏水表面上,因此超疏水表面对水表现出优异的排斥性.这种特殊性能使超疏水表面在诸多领域都有极高的应用前景和市场价值.本文对超疏水基础原理进行了梳理,并对近期超疏水领域的研究成果进行了综述.首先介绍了超疏水表面的经典润湿理论,包括Young模型、Wenzel模型和Cassie-Baxter模型.然后归纳了诸多超疏水表面的制备方法及优缺点,包括激光刻蚀法、化学沉积法、化学刻蚀法、电化学沉积法、电化学刻蚀法、热氧化法、喷涂法等.在分析不同制造方法的基础上,进一步讨论了超疏水表面在自清洁、防雾、抗结冰、耐腐蚀、液体无损转移、油水分离、摩擦发电、芯片实验室、液滴传感器等领域的应用.最后,指出超疏水表面从实验室研究走向生产应用过程中所面临的问题,并对超疏水表面的未来发展进行展望.     

激光复合加工制备超疏水金属表面的研究进展

随着我国工业化进程的不断推进,金属材料已经广泛应用到生产生活的各个领域.仿生超疏水金属表面不仅能够延长金属材料在各种环境下的使用寿命,而且还能赋予材料表面自清洁、减阻、油水分离等新的性能.目前,研究人员已采用多种工艺在金属基体上制备出超疏水表面,超疏水金属表面的制备已经成为仿生学研究中的一个热点.首先介绍了润湿理论的发展,引出了制备超疏水金属表面的各种工艺方法,进一步归纳总结了激光加工制备超疏水金属表面的优势、特点和表面微结构.在此基础上,重点论述了近年来将激光加工工艺与化学刻蚀工艺、沉积工艺、离子注入工艺、涂层工艺和氧化工艺相结合的激光复合加工工艺,以及运用激光复合加工工艺制备的超疏水金属表面的结构和特点.激光复合加工不仅能够在金属表面形成更加丰富的微/纳米复合结构,而且能够使金属表面更快地获得超疏水性能,从而制备出稳定持久的超疏水金属表面.此外,复合加工能够降低对单一制备工艺的依耐性,扩大加工范围,降低生产成本.激光复合加工制备超疏水金属表面在实际应用中具有巨大的潜力.     

金属基底力学耐久性超疏水涂层的研究进展EI北大核心CSCD

在金属基体上构建超疏水表面可有效解决金属材料在使用过程中不耐腐蚀、容易覆冰等问题。此外,超疏水涂层还能赋予其自清洁、润滑减阻、油水分离等特殊功能,具有极高的应用价值和市场前景。然而,超疏水涂层差的耐久性极大地限制了其实际应用。因此,制备具有力学耐久性的超疏水涂层是实现其广泛应用的关键。本文综述了近年来有关金属基体上力学耐久性超疏水涂层的研究进展。首先从超疏水表面基本原理出发,分析了超疏水涂层的失效机制,归纳了金属基底耐久性超疏水涂层的制备方法,从被动抵抗和主动修复两个角度重点介绍了力学耐久性超疏水涂层的实现策略,并总结了超疏水涂层力学耐久性的评价方式,最后对该领域未来的研究重点和发展趋势进行了总结。     

超疏水表面在抗海水腐蚀领域的研究进展

超疏水表面由于其独特的结构,可捕获空气在表面形成"空气膜",可有效阻挡基体与腐蚀介质的接触,从而大幅提高基体的耐腐蚀性,在抗海水腐蚀领域具有广泛的应用前景。介绍了超疏水表面的基础理论,从刻蚀法、阳极氧化法、自组装法等方面综述了近年来超疏水表面抗海水腐蚀的研究进展。最后,提出了目前超疏水表面抗海水腐蚀研究中存在的问题,并展望了超疏水表面在抗海水腐蚀领域的发展方向。     

镁合金表面防腐蚀超疏水涂层制备研究进展

镁合金是一种有发展前途的绿色工程金属材料，但其较差的抗腐蚀性能限制了它的大规模应用。对镁合金表面进行超疏水处理，能够极大地提高镁合金的耐腐蚀性能。当超疏水试样浸泡在腐蚀溶液中时，该结构将在腐蚀介质中形成固-气-液界面层，减少镁合金表面与腐蚀介质之间的接触面积，从而降低腐蚀速度。超疏水表面需要满足微纳米结构和低表面能2个必要条件。可以采用二步法或一步法在镁合金表面制备超疏水表面，详细介绍了在镁合金表面构造微纳米结构的方法，包括激光处理、机加工、化学刻蚀、化学镀、电化学沉积、阳极氧化、微弧氧化、水热合成和喷涂等方法。超疏水表面一旦受到机械损伤，微纳米结构无法满足条件，超疏水表面的“气垫效应”消失，腐蚀介质就会直接与微纳米结构接触，因此需要保证构建的微纳米粗糙结构对镁基体具有良好的保护作用并具有自愈功能。通过制备复合涂层，提高下层微纳米结构的自愈合性能，上层涂层的超疏水性与下层涂层的良好物理屏障能力的协同效应可以改善涂层的长久耐腐蚀性能。综述了在镁合金上制备具有良好耐腐蚀性能的复合超疏水表面的方法，并对镁合金超疏水表面防护技术的研究方向进行了展望。     

机械高稳态超疏水表面的研究进展

超疏水表面因其具有低粘附和排斥水的特性,广泛应用于冷凝传热、抗结冰、减阻、防腐蚀、油水分离及自清洁等众多领域,具有极其重要的应用前景.然而,超疏水表面在机械作用下容易造成超疏水性部分或全部丧失,限制其实际应用,故关于该表面机械稳态性问题研究的重要性凸显.综述了超疏水表面在机械作用下的失稳机制和稳态性评价方式,根据超疏水...     

超疏水复合涂层的机械性能研究进展

超疏水表面具有杰出的防润湿特性,在防水、防污、防冰、自清洁等众多领域均具有极高的应用价值.超疏水复合涂层具有适用基材广泛、易加工施涂、成本低廉等诸多优势,是当下极具实用化前景的超疏水表面构建技术,然而涂层普遍较差的机械性能极大地限制了其在生活中的实际应用.总结并对比了超疏水表面的构建方法,简要介绍了影响超疏水涂层机械性...     

层状双金属氢氧化物耐蚀材料的研究进展

层状双金属氢氧化物(LDHs)因其结构和组成的可调性、阴离子交换性等优异的物化性能,被作为腐蚀抑制剂的载体广泛应用于金属材料的防腐蚀领域。归纳总结了目前LDHs最普遍的制备方法,包括共沉淀法、水热合成法、原位生长法、旋转涂膜法以及焙烧还原法等及其优缺点。同时从LDHs材料的耐蚀机制出发,阐述了LDHs薄膜与LDHs作为填料对金属基底保护的层间阴离子交换机制,以及掺杂稀土离子、羧酸盐抑制剂、石墨烯及其衍生物、环氧富锌涂层等与LDHs的复合协同增强耐蚀机制。通过表面预处理以及化学改性制备疏水性表面可以增强耐蚀性能,分析了LDHs材料在制备与工作过程中存在的问题:LDHs制备技术不够完善,LDHs薄膜与金属基底的结合力弱,LDHs薄膜的机械性能较差,LDHs与有机聚合物难以均匀混溶等。最后展望了LDHs材料在耐蚀领域的发展方向。     

钢铁表面有机涂层的耐蚀与摩擦性能的研究进展

钢铁材料由于其优异的力学性能广泛应用于各个领域,然而钢铁的腐蚀失效一直是人们困扰的问题。有机涂层因其优异的结合力、简单的制备工艺和出色的长期防腐性能常用于钢铁表面的腐蚀防护。有机涂层中材料种类、填料取向、改性方法等对涂层腐蚀性能和摩擦性能都有一定的影响。综述了近年来钢铁表面有机涂层耐蚀与摩擦性能的研究进展。首先从物理阻隔、牺牲阳极的阴极保护、自修复技术和超疏水技术4种提高有机涂层耐蚀性的方法入手,阐述了各种方法的基本原理,探讨了4种方法所制备的用于钢铁表面防护的有机涂层的防腐性能,并对目前各种方法所制备的有机涂层存在的问题以及改善措施进行了分析。接着主要从掺杂填料的角度,探究了不同填料对钢铁表面有机涂层摩擦性能的影响,提出了润滑相/增强相协同作用、软硬协同作用和自润滑微胶囊3种提高有机涂层摩擦性能的策略。最后总结了目前钢铁表面有机涂层面临的一些挑战,并对钢铁表面有机涂层的发展方向进行了展望。     

类蝴蝶翅膀表面微纳结构的制备及其疏水性

在金属表面构筑微纳米粗糙结构后以低表面能物质修饰,可以获得超疏水的金属表面,对实现防水、防腐及表面自清洁等功能具有重要的意义。以钛片为基底,利用简单易行且低成本的喷砂-酸蚀法,对其进行粗糙化处理,并使用低表面能物质氟碳树脂进行表面改性,获得了超疏水性表面。测量了试样表面与蒸馏水的静态接触角,将试样置于空气、模拟海水、质量分数为3%的NaOH和HCl溶液中进行了耐环境测试,观察了试样表面的微观形貌。结果表明:在光滑的钛基底上用氟碳树脂修饰后,得到的疏水表面接触角仅为103°;而钛片表面经喷砂-酸蚀后,再利用氟碳树脂进行疏水化修饰,得到与水接触角为156°的超疏水表面。经表面粗糙化处理和低表面能物质修饰后得到的钛基底上形成了类蝴蝶翅膀表面微纳结构的蜂窝状超疏水表面,具有优异的耐环境性和良好的自清洁效果。     

耐久超疏水表面的研究进展

超疏水表面在油水分离、腐蚀防护、防水抗冰等领域具有广泛的研究和应用价值。然而，其实际应用并未达到预期的广泛程度，主要制约因素在于表面的耐久性不足。超疏水表面的失效主要体现在两个方面：一方面，由于表面粗糙结构在承受机械载荷时容易遭受高局部压力而受损；另一方面，由于低表面能分子在高温、光照和强氧化剂等刺激下容易发生分解失效。为了解决上述问题，从耐久型超疏水表面的特点入手，提出了提高超疏水表面耐久性的典型策略。这些策略包括：（1）构建弹性基底，这可以将微结构上的载荷转移至基体，减少微结构受损的可能性；（2）微结构保护，这种方法通过构筑刚性的护盾，保护了更低尺度的纳米结构免于受损；（3）胶黏+涂装，该策略是通过中间层连接，强化基体与表面微纳结构的结合力；（4）利用低表面能物质的自修复能力，这种方法可以在表面受损后通过自我修复特性恢复其超疏水性；（5）微结构的重建，可以在表面粗糙结构遭破坏后，使其恢复原貌。最后，对耐久超疏水表面的发展提出了前瞻性的展望，提出了耐久超疏水表面绿色可持续发展的新方向。     

Recent developments in corrosion inhibitors based on rare earth metal compounds

Abstract

Rare earth organic compounds can provide an environmentally safe and non-toxic alternative to chromates as corrosion inhibitors for some steel and aluminium applications. For steel lanthanum 4-hydroxy cinnamate offers corrosion protection and reduces the susceptibility to hydrogen embrittlement. Recent work has also indicated that it inhibits the corrosion of steel in environments containing high levels of carbon dioxide. For aluminium alloys, cerium diphenyl phosphate provides excellent corrosion inhibition in chloride environments, and reduces susceptibly to stress corrosion cracking. Furthermore, for both steel and aluminium alloys filiform corrosion can be suppressed when rare earth inhibitor compounds are added as pigments to polymer coatings. The levels of inhibition observed are thought to be due to synergistic effects between the rare earth and organic parts of these novel compounds, and are related to the various species that may be present in the complex chemical conditions that develop in solution close to a metal surface. This paper reviews some of the published research conducted by the group at Deakin University over recent years.