【摘要】：熱浸鍍鋅在潮濕情況下易發(fā)生腐蝕,產(chǎn)生白銹,影響其外觀質(zhì)量和使用性能。因此,鋼鐵在熱浸鍍鋅后往往需要鈍化處理,鉻酸鹽可以在鋅層表面形成一層鈍化保護(hù)膜提高基體抗白銹能力,但是由于環(huán)境問題不適于工業(yè)化生產(chǎn)。超疏水材料主要指與水接觸角大于150°的材料,廣泛應(yīng)用于自清潔、油水分離、防霧、防污、減阻及耐腐蝕等方面。但是在鋅基體上構(gòu)筑耐腐蝕超疏水膜層以取代劇毒常規(guī)鉻酸鹽的研究不多。本論文采用浸漬提拉法,在熱浸鍍鋅上構(gòu)筑兩種不同成分和形貌的微納米復(fù)合粗糙結(jié)構(gòu),經(jīng)低表面能物質(zhì)改性后獲得了超疏水性。對(duì)所制備膜層的組成成分、結(jié)構(gòu)和潤(rùn)濕性等進(jìn)行表征,并研究了其耐腐蝕性、化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性等。采用溶膠凝膠法,以異丙醇鋁(AIP)為前驅(qū)物,乙酰乙酸乙酯(EAcAc)為螯合劑,硝酸(HNO_3)為催化劑及膠溶劑在85℃下持續(xù)攪拌水解得到透明氧化鋁溶膠,常溫下通過(guò)浸漬-提拉法在熱浸鍍鋅層制備出粗糙多孔網(wǎng)狀氧化鋁膜層。在1.0%的1H,1H,2H,2H-全氟辛基三甲氧基硅烷(FAS)-乙醇溶液中改性處理后得到超疏水氧化鋁膜層。激光粒度分析儀表明,當(dāng)n(AIP):n(EAcAc):n(HNO_3):n(H_20):n(EtOH)=1:1:0.5:200:5時(shí),溶膠透明穩(wěn)定,平均粒徑為99.8 nm;接觸角儀測(cè)定結(jié)果表明,膜層對(duì)水滴具有高粘附性,符合玫瑰花瓣模型。膜層隨著氧化鋁溶膠浸漬時(shí)間的增加疏水性先增加后減小,當(dāng)浸漬時(shí)間為24 h時(shí)膜層接觸角最大,為152°;場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)結(jié)果表明,膜層由氧化鋁塊狀凝膠和網(wǎng)狀氧化鋁孔洞結(jié)構(gòu)共同組成粗糙的微納米復(fù)合結(jié)構(gòu),經(jīng)低表面能物質(zhì)改性后獲得超疏水性;耐腐蝕試驗(yàn)結(jié)果表明,所制備超疏水膜層在腐蝕介質(zhì)中穩(wěn)定性差,短期內(nèi)膜層被破壞,內(nèi)部多孔結(jié)構(gòu)容易為侵蝕介質(zhì)提供腐蝕通道,加快了基體腐蝕速率;采用硝酸鈰對(duì)常規(guī)磷化膜表面進(jìn)行粗糙化處理,并經(jīng)低表面能硬脂酸(STA)-乙醇溶液改性后得到超疏水膜層。接觸角測(cè)試結(jié)果表明,所制備超疏水膜層對(duì)液滴呈現(xiàn)出低粘附性的荷葉效應(yīng)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),膜層的疏水性隨著鈰鹽處理時(shí)間的增加先增加再減小,當(dāng)處理時(shí)間為300 s時(shí)疏水性最好,接觸角達(dá)到162±2°;場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)及能譜分析儀(EDS)結(jié)果表明,鈰鹽處理常規(guī)磷化膜會(huì)發(fā)生部分溶解,鈰鹽在磷化膜表面發(fā)生沉積,生成磷酸鹽/鈰鹽的復(fù)合膜層,該膜層的多孔結(jié)構(gòu)有利于構(gòu)筑超疏水表面所需要的粗糙結(jié)構(gòu);耐腐蝕試驗(yàn)結(jié)果表明,試樣在腐蝕介質(zhì)中會(huì)形成一種空氣膜層,該空氣膜層層阻擋侵蝕性離子進(jìn)入,改性后的試樣交流阻抗比純鋅提高兩個(gè)數(shù)量級(jí),表現(xiàn)出良好的耐腐蝕性。超疏水膜層在3.5wt.%的NaCl溶液中浸泡不同時(shí)間后耐腐蝕性能下降,但在浸泡6 h后耐腐蝕性仍明顯優(yōu)于純鋅層,表明超疏水膜層破壞后試樣粗糙化的磷化/鈰鹽膜仍然對(duì)基體具有保護(hù)作用,實(shí)現(xiàn)對(duì)基體疏水和鈍化的雙重保護(hù)。
【圖文】：

正是這種微米-納米復(fù)合結(jié)構(gòu)以及低表面能的蠟質(zhì)結(jié)晶賦予荷葉的自清潔性和超疏水性。自然界中還有許多植物表面，如玫瑰花瓣[34-36]、芋頭葉[37-39]、水稻葉[40-42]等，以及動(dòng)物身體上，如水龜?shù)耐缺砻鎇43，44]、蝴蝶翅膀[45-47]、鯊魚表皮[48]等同樣具有超疏水性。其中水稻葉和蝴蝶翅膀的潤(rùn)濕具有各向異性[49-51]，而且各種超疏水表面在結(jié)構(gòu)方面有一個(gè)共同特點(diǎn)，即都由一定結(jié)構(gòu)的微米-納米復(fù)合結(jié)構(gòu)組成。1.3.2 超疏水表面的基本理論超疏水材料在理論研究和實(shí)際應(yīng)用中具有廣闊的應(yīng)用前景，因而受到各界的廣泛關(guān)注，它所呈現(xiàn)出的超疏水性是表面潤(rùn)濕性的一種反映。固體表面的潤(rùn)濕性是固體表面非常重要的特征。固體表面與水的接觸角小于 90 的材料為親水性材料，與水接觸角小于10 的材料為超親水材料。固體表面與水的接觸角大于 90 的材料為疏水性材料，當(dāng)固體表面與水接觸角大于 150 時(shí)，，表現(xiàn)為超疏水性。

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文圖 1-2 前進(jìn)接觸角、后退接觸角示意圖Fig. 1-2 Schematic diagram of advancing angle and receding angle本理論模型有 Young 理論、Cassie-Baxter 理論等。國(guó)科學(xué)家 Thomson Young 最先提出了理想固體(即固體材一)的靜態(tài)接觸角與表面張力之間的關(guān)系(即是經(jīng)典的 YγLV
【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】：2018
【分類號(hào)】：TG174.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2644525