本文關(guān)鍵詞：鎂合金基體上超疏水表面的制備及功能特性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：鎂合金作為最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料,具有高比強(qiáng)度、高導(dǎo)熱率、良好的機(jī)加工性能和回收利用性等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ木G色工程材料。由于其在汽車、航天航空、電子工業(yè)、生物醫(yī)用材料等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景,鎂合金受到越來越廣泛地關(guān)注。然而,鎂合金的化學(xué)性質(zhì)非�；顫�,其在水溶液或潮濕的大氣中很容易被氧化和腐蝕,這嚴(yán)重制約了它的廣泛應(yīng)用。因此,提高鎂合金的耐腐蝕性能對(duì)于擴(kuò)大其應(yīng)用具有重要意義,在眾多提高鎂合金耐腐蝕性能的方法中,表面處理是一種簡單、高效、低成本且易于實(shí)施的方法。超疏水表面由于具有抗腐蝕、自清潔、抗結(jié)冰、油水分離、微流體運(yùn)輸?shù)忍厥獾墓δ?已經(jīng)在基礎(chǔ)研究和工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域引起了大量的關(guān)注。超疏水表面能夠有效地阻礙基體表面被潤濕,避免基體與腐蝕介質(zhì)直接接觸,從而阻礙腐蝕在基體表面發(fā)生。因而,在鎂合金上制備超疏水表面能夠有效提高其耐腐蝕性能,解決鎂合金易被腐蝕的問題,而且超疏水表面所具有的其他特殊功能也有利于進(jìn)一步擴(kuò)大鎂合金的應(yīng)用范圍。本論文采用操作簡便、工藝周期短的制備方法和綠色、低成本的低表面能物質(zhì),成功地在鎂合金基體上制備出三種不同組成且性能良好的超疏水表面,同時(shí)對(duì)其表面組成、結(jié)構(gòu)和潤濕性進(jìn)行表征,并研究了所制備表面的耐腐蝕性、自清潔功能、化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性等性能。利用這些方法在鎂合金上制備超疏水表面能夠有效改善鎂合金性能并擴(kuò)展其應(yīng)用領(lǐng)域。(1)利用化學(xué)鍍鎳、電沉積鈷和硬脂酸修飾結(jié)合成功在AZ31鎂合金上制備了耐磨耐腐蝕的自清潔超疏水表面。通過控制電沉積電流密度可以調(diào)控電沉積鍍層表面形貌,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高粘超疏水表面和低粘超疏水表面的制備。高粘超疏水表面為顆粒狀結(jié)構(gòu),接觸角為152.9°,試樣倒置180°水滴不滑落;低粘超疏水表面為葉片狀和絨毛狀結(jié)構(gòu),接觸角為156.2°,滾動(dòng)角約為1°。在3.5 wt.%Na Cl溶液中極化測試表明,低粘超疏水表面相對(duì)鎂合金基體自腐蝕電位提高了1079 m V,腐蝕電流密度為2.08×10-7 A/cm2,降低了2個(gè)數(shù)量級(jí);且電化學(xué)阻抗譜測試表明,低粘超疏水表面的模值提高了超過2個(gè)數(shù)量級(jí),說明超疏水表面能有效提高鎂合金的耐腐蝕性能。表面刮擦實(shí)驗(yàn)表明,在刮擦900mm后,表面仍保持超疏水性;刮擦1100 mm后,表面仍能保持良好的耐腐蝕性能,表明低粘超疏水表面具有良好的機(jī)械穩(wěn)定性。此外,超疏水表面還具有自清潔功能和優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性。(2)采用化學(xué)鍍鎳和電沉積結(jié)合在AZ31鎂合金表面成功地制得一種高度抗腐蝕、耐磨性能優(yōu)良的自清潔超疏水表面,接觸角高達(dá)158.6°,滾動(dòng)角為1°。在3.5 wt.%Na Cl溶液中極化和阻抗測試表明,超疏水表面相對(duì)鎂合金基體自腐蝕電位提高了1120 m V,腐蝕電流密為1.12×10-9 A/cm2,下降了超過4個(gè)數(shù)量級(jí);超疏水表面的模值比AZ31基體提高了4個(gè)數(shù)量級(jí),阻值約為基體的3.3萬倍,所制得的超疏水表面可以大幅度提高鎂合金的耐腐蝕性能;此外,我們還提出了超疏水表面在腐蝕介質(zhì)中的接觸模型以及抗腐蝕機(jī)理。耐刮擦實(shí)驗(yàn)表明,在刮擦500 mm后,超疏水表面的接觸角仍高于150°,顯示出良好的機(jī)械穩(wěn)定性。同時(shí),超疏水表面還具備自清潔作用和良好的化學(xué)穩(wěn)定性。(3)利用一步電沉積法在鎂合金上快速制備得到具有微納分級(jí)粗糙結(jié)構(gòu)的超疏水表面。通過表面組成測試和形貌觀察分析了鎂合金表面超疏水性的形成原因和電沉積過程。在一步電沉積過程中,表面在構(gòu)造微納粗糙結(jié)構(gòu)的同時(shí)又結(jié)合了低表面能物質(zhì),簡化了普通制備方法的復(fù)雜多步過程,而且縮短了制備時(shí)間,獲得超疏水表面最短僅需1min。最佳的電沉積工藝參數(shù)為電沉積電壓30 V,電沉積時(shí)間10 min,所制備的超疏水表面為凸胞狀結(jié)構(gòu),其接觸角為158.4°,滾動(dòng)角為2°。超疏水表面在3.5 wt.%Na Cl溶液中極化和阻抗測試表明,超疏水表面明顯提高了鎂合金耐腐蝕性能。此外,超疏水表面具有優(yōu)良的自清潔功能和化學(xué)穩(wěn)定性。這種簡便、高效、低成本又環(huán)保的制備方法可以為大規(guī)模制備具有自清潔功能的高耐腐蝕超疏水表面提供有效方法和思路并可以擴(kuò)展到其他導(dǎo)電金屬基體。
【關(guān)鍵詞】：鎂合金 超疏水 電沉積 耐腐蝕性能 機(jī)械穩(wěn)定性
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG174.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 緒論13-41
• 1.1 鎂及鎂合金概述13-18
• 1.1.1 鎂合金的特點(diǎn)13
• 1.1.2 鎂合金的應(yīng)用13-15
• 1.1.3 鎂合金的腐蝕行為15-17
• 1.1.4 鎂合金的腐蝕防護(hù)現(xiàn)狀17-18
• 1.2 超疏水表面簡述18-37
• 1.2.1 表面潤濕性與超疏水表面定義18-20
• 1.2.2 自然界中的超疏水現(xiàn)象20-22
• 1.2.3 超疏水表面基礎(chǔ)理論22-26
• 1.2.4 超疏水表面制備方法26-33
• 1.2.5 超疏水表面特性及應(yīng)用前景33-37
• 1.3 鎂合金上超疏水表面的研究現(xiàn)狀37-38
• 1.4 本課題研究目的、意義和內(nèi)容38-40
• 1.4.1 本課題的研究目的和意義38-39
• 1.4.2 本課題的研究內(nèi)容39-40
• 1.5 本課題來源40-41
• 第二章 實(shí)驗(yàn)材料、儀器、測試方法及技術(shù)路線41-45
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料41-42
• 2.1.1 基體材料41
• 2.1.2 化學(xué)試劑41-42
• 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器42-43
• 2.3 測試方法43-44
• 2.3.1 接觸角/滾動(dòng)角測試43
• 2.3.2 微觀形貌觀察43
• 2.3.3 成分分析43
• 2.3.4 電化學(xué)測試43-44
• 2.4 實(shí)驗(yàn)技術(shù)路線44-45
• 第三章 耐腐蝕自清潔超疏水表面的制備及機(jī)械穩(wěn)定性研究45-76
• 3.1 前言45-46
• 3.2 實(shí)驗(yàn)46-49
• 3.2.1 材料46-47
• 3.2.2 鎂合金前處理47
• 3.2.3 化學(xué)鍍鎳47
• 3.2.4 電沉積鈷47-48
• 3.2.5 低表面能物質(zhì)修飾48
• 3.2.6 檢測與表征48-49
• 3.3 結(jié)果與討論49-74
• 3.3.1 前處理對(duì)鎂合金表面形貌的影響49-52
• 3.3.2 電沉積電流密度對(duì)表面形貌和潤濕性的影響52-54
• 3.3.3 高粘超疏水表面的特征和性能54-59
• 3.3.4 低粘超疏水表面的特征和性能59-70
• 3.3.5 低粘超疏水表面的穩(wěn)定性70-74
• 3.4 本章小結(jié)74-76
• 第四章 化學(xué)鍍鎳與電沉積復(fù)合制備高耐腐蝕超疏水表面的研究76-96
• 4.1 前言76-77
• 4.2 實(shí)驗(yàn)77-79
• 4.2.1 材料77
• 4.2.2 鎂合金前處理77-78
• 4.2.3 化學(xué)鍍鎳78-79
• 4.2.4 電沉積79
• 4.2.5 檢測與表征79
• 4.3 結(jié)果與討論79-94
• 4.3.1 表面形貌79-80
• 4.3.2 表面潤濕行為80-82
• 4.3.3 化學(xué)組成82-84
• 4.3.4 電沉積時(shí)間對(duì)表面形貌和潤濕性的影響84-87
• 4.3.5 耐腐蝕性能87-90
• 4.3.6 自清潔行為90-91
• 4.3.7 化學(xué)穩(wěn)定性91-92
• 4.3.8 機(jī)械穩(wěn)定性92-94
• 4.4 本章小結(jié)94-96
• 第五章 一步電沉積法快速制備超疏水表面的研究96-116
• 5.1 前言96-97
• 5.2 實(shí)驗(yàn)97-98
• 5.2.1 材料及制備步驟97-98
• 5.2.2 檢測與表征98
• 5.3 結(jié)果與討論98-114
• 5.3.1 電沉積電壓對(duì)表面形貌和潤濕性的影響98-100
• 5.3.2 電沉積時(shí)間對(duì)試樣表面形貌和潤濕性的影響100-102
• 5.3.3 超疏水表面的特征和性能102-114
• 5.4 本章小結(jié)114-116
• 結(jié)論116-120
• 參考文獻(xiàn)120-130
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果130-132
• 致謝132-133
• 附件133

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：鎂合金基體上超疏水表面的制備及功能特性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：253158