本文關鍵詞：高強鋁合金稀土超疏水防護膜研究

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【摘要】：高強鋁合金不僅具有高于一般金屬材料的強度,還具有優(yōu)良的導電性、導熱性、相對低的比重等特點,因此被廣泛應用于航天航空、汽車、建筑、機械制造、電工、化學化工等行業(yè),其中在航天航空領域中的應用最為重要和廣泛。但高強鋁合金由于合金相銅的存在而會產生晶間腐蝕,所以提高高強鋁合金的防護性能很重要,在所有防護方法中,超疏水膜層因其防護性、自清潔、抗霜凍等優(yōu)異性能而得到廣泛關注,雖然超疏水膜層的制備方法在近期已經有過一些報道,但依然存在防護性能和耐久性能較差以及金屬表面潤濕性轉換困難等問題。為了解決上述問題,在實驗室前期工作的基礎上,本文提出了以稀土鹽La(NO3)3溶液為反應介質的水熱法,在高強鋁合金2024表面構筑了納米結構,并進一步采用十二氟庚基丙基三甲氧基硅(Actyflon-G502)對水熱后的樣品進行自組裝修飾,成功地在2024鋁合金表面上制備了稀土超疏水防護膜層。并且通過簡單的退火與自組裝修飾處理在其表面上實現(xiàn)了潤濕性在超親水和超疏水之間的可逆轉換。采用接觸角測量儀、聚焦離子束掃描電子顯微鏡(FIB-SEM)、X射線光電子能譜(XPS)、傅里葉變化紅外光譜(FTIR)對樣品表面進行了表征,并考察了樣品的防護性能、耐久性能、粘附性能和自清潔性能。與水的靜態(tài)接觸角(WCA)結果顯示經過硝酸鑭水熱后的表面WCA約為0°,為超親水性,經過修飾后WCA變?yōu)?60°,為超疏水性質。FIB-SEM結果顯示經過硝酸鑭溶液水熱后的2024鋁合金表面有“銀杏葉”狀的納米結構,經過Actyflon-G502修飾后,表面幾乎沒有變化,說明修飾過程不影響樣品微觀結構。XPS結果顯示,經過水熱后的樣品表面主要成分為La和Al的(氫)氧化物,FTIR結果進一步證明了水熱后的樣品表面有大量羥基存在;經過修飾后樣品表面出現(xiàn)了大量F、C、Si元素,證明了修飾后表面生成了C10F12H9Si(O-surface)3。接著對所制備的膜層進行了防護性能、耐久性能以及粘附性能的測試。結果表明,該稀土超疏水防護膜在腐蝕介質中有很好的防護性能,并且有耐長時間放置、耐高溫環(huán)境、耐化學環(huán)境、耐紫外光照以及耐磨損的能力,除此之外還具有很高的粘附性能。結合上述表征結果,探討了超疏水膜的成膜機理和耐久機理。研究表明Actyflon-G502是通過與水熱后表面羥基的縮合反應而在表面形成C10F12H9Si(O-surface)3層;耐久性是由于La(OH)3與Actyflon-G502很強的結合能力以及La2O3中La特有的電子結構所形成的本身的疏水性能這個兩方面。通過退火與低表面能物質自組裝修飾結合的處理方法在2024鋁合金表面上實現(xiàn)了潤濕性的可逆轉換。WCA測試結果顯示稀土超疏水膜經過退火后變?yōu)?°,而經過再次自組裝修飾后又恢復到160°,而且經過多次循環(huán)實驗表明樣品有穩(wěn)定的可逆轉換能力。FIB-SEM結果表明樣品在經過5次可逆循環(huán)以后納米結構變得更加密集。XPS結果表明退火后表面有機物層C10F12H9Si(O-surface)3被分解,經過再修飾又重新與Actyflon-G502自組裝生成超疏水膜。此外,除上述表征結果,還考察了經過超疏水-超親水可逆循環(huán)5次后的樣品的防護性能和自清潔性能,并與可逆循環(huán)前的樣品進行對比,探究可逆循環(huán)對樣品性能的影響。結果表明,經過5次可逆循環(huán)后的樣品依然具有防護性能,但是其粘附性顯著減小,其滾動角(SA)小于3°,具有良好的自清潔能力。除此之外,還結合上述表征結果討論了潤濕性可逆轉換機理。
【關鍵詞】：超疏水 水熱法 仿生結構 穩(wěn)定性 可逆轉換
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG174.4
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 緒論10-19
• 1.1 高強鋁合金的性質及其應用10-11
• 1.1.1 高強鋁合金的性質10-11
• 1.1.2 高強鋁合金的應用11
• 1.2 高強鋁合金的腐蝕與防護11-13
• 1.2.1 高強鋁合金的腐蝕11-12
• 1.2.2 高強鋁合金的防護12-13
• 1.3 高強鋁合金超疏水防護膜的研究現(xiàn)狀及發(fā)展動向13-18
• 1.3.1 高強鋁合金超疏水防護膜的研究現(xiàn)狀13-16
• 1.3.2 高強鋁合金超疏水防護膜的發(fā)展動向16-18
• 1.4 本論文的研究目的和主要研究內容18-19
• 1.4.1 研究目的18
• 1.4.2 主要研究內容18-19
• 2 實驗19-24
• 2.1 實驗材料與主要試劑19
• 2.2 實驗儀器及設備19-20
• 2.3 制備方法20
• 2.4 表征方法20-21
• 2.4.1 聚焦離子束掃描電子顯微鏡(FIB-SEM)20
• 2.4.2 傅里葉變化紅外光譜(FTIR)20-21
• 2.4.3 X射線光電子能譜(XPS)21
• 2.4.4 接觸角測量儀21
• 2.5 性能研究21-24
• 2.5.1 防護性能21-22
• 2.5.2 耐久性能22-23
• 2.5.3 自清潔性能23-24
• 3 稀土超疏水防護膜研究24-44
• 3.1 實驗部分24-25
• 3.1.1 前處理24
• 3.1.2 水熱實驗24-25
• 3.1.3 自組裝修飾25
• 3.1.4 對照樣品25
• 3.1.5 表征方法25
• 3.1.6 性能研究25
• 3.2 性質表征25-31
• 3.2.1 潤濕性能25-27
• 3.2.2 微觀形貌27-28
• 3.2.3 化學組成28-31
• 3.3 性能研究31-38
• 3.3.1 防護性能31-32
• 3.3.2 粘附性能32-33
• 3.3.3 耐久性能33-38
• 3.4 機理研究38-43
• 3.4.1 成膜機理38-40
• 3.4.2 耐久機理40-43
• 3.5 小結43-44
• 4 潤濕性可逆轉換研究44-54
• 4.1 實驗部分44
• 4.1.1 潤濕性可逆轉換實驗44
• 4.1.2 表征方法44
• 4.1.3 性能研究44
• 4.2 性質表征44-49
• 4.2.1 潤濕性能44-46
• 4.2.2 微觀形貌46-47
• 4.2.3 化學組成47-49
• 4.3 性能研究49-52
• 4.3.1 防護性能49
• 4.3.2 自清潔性能49-52
• 4.4 可逆轉換機理研究52
• 4.5 小結52-54
• 5 結論與展望54-56
• 5.1 小結54-55
• 5.2 展望55-56
• 致謝56-57
• 參考文獻57-65
• 附錄65
• A.作者在攻讀碩士期間(擬)發(fā)表的論文65
• B.專利65

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