超疏水鋁合金表面的構(gòu)建及性能研究.pdf

1、鋁及其合金具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，延展性和很好的機(jī)械加工等特性。因此，其在有色金屬中用量大、應(yīng)用廣。此外，鋁合金具有外觀好、質(zhì)輕，且在一定程度上具有比鋼鐵等金屬更好的耐腐蝕性能，從而在人們?nèi)粘Ｉ詈凸I(yè)領(lǐng)域被廣泛使用。但是，鋁合金在酸、堿、海水以及一些強(qiáng)腐蝕性的濕環(huán)境中容易被腐蝕，在極端氣候條件下表面容易結(jié)冰結(jié)霜，在暴露的大氣環(huán)境和一些特殊條件下其表面容易被污染，這些都不同程度的阻礙了鋁及其合金的實際應(yīng)用。由于表面超疏水化在一定程度上能

2、夠抑制材料的腐蝕，延遲結(jié)冰結(jié)霜時間和起到自清潔/防黏附的作用，因而在鋁及其合金表面構(gòu)建超疏水薄膜是提高鋁及其合金的耐腐蝕性能、防結(jié)冰、防結(jié)霜以及自清潔性能的一種有效可行的辦法。
　　本研究通過簡便可行的兩步法（沸水處理+DMF-STA-H2O浸泡）和一步法（DMF-STA-H2O浸泡）成功構(gòu)建得到了鋁合金超疏水表面，對所制備的超疏水鋁合金的表面結(jié)構(gòu)、組成以及耐腐蝕、防結(jié)冰、防結(jié)霜和自清潔性能進(jìn)行了詳細(xì)研究，主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：

3、
　　（1）兩步法構(gòu)建超疏水鋁合金表面：用成本低廉、環(huán)保的兩步法成功構(gòu)建得到接觸角為156.6°、滾動角小于3°的超疏水鋁合金表面。研究了沸水處理時間、DMF-H2O體積比和 STA改性時間對超疏水鋁合金表面微結(jié)構(gòu)和表面潤濕性能的影響并最終確定出最佳工藝條件如下：沸水處理5 min，DMF-H2O體積比為1:1，STA改性24 h。結(jié)果表明：鋁合金表面超疏水特性的獲得是由大量微-納米孔的花瓣狀均質(zhì)層狀結(jié)構(gòu)和表面接枝的低表面能物質(zhì)的

4、協(xié)同作用賦予的。
　?。?）一步法構(gòu)建超疏水鋁合金表面：采用一步法成功使鋁合金表面超疏水化，探索了DMF-H2O體積比和STA改性時間對鋁合金表面微結(jié)構(gòu)及潤濕性能的影響。結(jié)果表明：當(dāng)DMF-H2O的體積比為1:3、STA改性時間為35 h時，可以獲得接觸角高達(dá)155.5°、滾動角小于3°的超疏水表面。由于鋁合金表面形成了大量微-納米級空穴結(jié)構(gòu)，其上接枝了低表面自由能的烴基疏水長鏈，空穴中留存有大量空氣，因而水滴不能滲入其中而只能與

5、表面突起相接觸，表面受到外界稍微擾動，水滴便會滾落，因此鋁合金表面便獲得了優(yōu)異的超疏水特性。
　?。?）超疏水鋁合金的耐腐蝕性能：采用電化學(xué)測試和鹽水浸泡實驗對超疏水鋁合金的耐腐蝕性能進(jìn)行了考察。電化學(xué)測試結(jié)果表明：相較于空白鋁合金，超疏水鋁合金的腐蝕電位正向移動而腐蝕電流密度顯著減小。鹽水浸泡0-90 d的空白和超疏水鋁合金表面的潤濕性、表面形貌和化學(xué)結(jié)構(gòu)對比分析結(jié)果表明：點蝕是造成腐蝕的主要原因，主要腐蝕產(chǎn)物為Al(OH)3，

6、超疏水鋁合金表面上生成的腐蝕產(chǎn)物遠(yuǎn)比空白鋁合金表面上的少。這些結(jié)果說明表面超疏水化可以顯著改善鋁合金的耐腐蝕性能，這是由于超疏水膜可以在界面處有效地捕捉大量的空氣，阻礙了水中的腐蝕性介質(zhì)與鋁合金表面的直接接觸，從而提高了鋁合金的耐腐蝕性能。
　?。?）超疏水鋁合金表面的防結(jié)冰霜性能：通過模擬冰凍潮濕天氣，對所制備的超疏水鋁合金表面的防結(jié)冰霜性能進(jìn)行了考察。結(jié)果表明：與空白試樣相比較，相同溫度下超疏水鋁合金表面的結(jié)冰時間均要延緩5~

7、9 min；相同結(jié)冰時間下，超疏水試樣表面水滴結(jié)冰所需溫度比空白試樣表面降低了約2℃。此外，超疏水表面可以明顯抑制霜晶的生長，且其霜晶融化后形成易于滾動的小液滴。這表明超疏水鋁合金表面具有良好的防結(jié)冰霜性能。最后，對超疏水試樣的防結(jié)冰和防結(jié)霜機(jī)理進(jìn)行了探討。
　?。?）超疏水鋁合金表面的自清潔性能：通過以下兩種方法對超疏水鋁合金表面的自清潔性能進(jìn)行了考察。a）以碳粉、粉筆灰和煙灰作為模擬污染物，考察了水滴在覆有污染物的空白和超疏水

8、鋁合金表面滾動并帶走污染物的效果； b）通過對比鹽水浸泡后空白鋁合金和超疏水鋁合金表面吸附鹽漬情況。結(jié)果表明：相對于空白鋁合金，水滴在超疏水鋁合金表面滾動時可以不留痕跡的將表面污染物帶走，而由于強(qiáng)的疏水性和低的粘附力，超疏水表面具有防吸附鹽漬的效果。這表明超疏水鋁合金表面具有優(yōu)異的自清潔性能。
　　（6）超疏水鋁合金表面構(gòu)建方法優(yōu)化：針對鋁合金表面拋光打磨去除表面氧化層這一繁雜步驟，本研究通過探索，發(fā)現(xiàn)在不拋光打磨情況下同樣能夠成