本文關(guān)鍵詞：高強(qiáng)鋁合金稀土超疏水防護(hù)膜研究

  更多相關(guān)文章： 超疏水 水熱法 仿生結(jié)構(gòu) 穩(wěn)定性 可逆轉(zhuǎn)換

【摘要】：高強(qiáng)鋁合金不僅具有高于一般金屬材料的強(qiáng)度,還具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、相對(duì)低的比重等特點(diǎn),因此被廣泛應(yīng)用于航天航空、汽車、建筑、機(jī)械制造、電工、化學(xué)化工等行業(yè),其中在航天航空領(lǐng)域中的應(yīng)用最為重要和廣泛。但高強(qiáng)鋁合金由于合金相銅的存在而會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕,所以提高高強(qiáng)鋁合金的防護(hù)性能很重要,在所有防護(hù)方法中,超疏水膜層因其防護(hù)性、自清潔、抗霜凍等優(yōu)異性能而得到廣泛關(guān)注,雖然超疏水膜層的制備方法在近期已經(jīng)有過一些報(bào)道,但依然存在防護(hù)性能和耐久性能較差以及金屬表面潤(rùn)濕性轉(zhuǎn)換困難等問題。為了解決上述問題,在實(shí)驗(yàn)室前期工作的基礎(chǔ)上,本文提出了以稀土鹽La(NO3)3溶液為反應(yīng)介質(zhì)的水熱法,在高強(qiáng)鋁合金2024表面構(gòu)筑了納米結(jié)構(gòu),并進(jìn)一步采用十二氟庚基丙基三甲氧基硅(Actyflon-G502)對(duì)水熱后的樣品進(jìn)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(hù)膜層。并且通過簡(jiǎn)單的退火與自組裝修飾處理在其表面上實(shí)現(xiàn)了潤(rùn)濕性在超親水和超疏水之間的可逆轉(zhuǎn)換。采用接觸角測(cè)量?jī)x、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(duì)樣品表面進(jìn)行了表征,并考察了樣品的防護(hù)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(jié)果顯示經(jīng)過硝酸鑭水熱后的表面WCA約為0°,為超親水性,經(jīng)過修飾后WCA變?yōu)?60°,為超疏水性質(zhì)。FIB-SEM結(jié)果顯示經(jīng)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(jié)構(gòu),經(jīng)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(jié)構(gòu)。XPS結(jié)果顯示,經(jīng)過水熱后的樣品表面主要成分為L(zhǎng)a和Al的(氫)氧化物,FTIR結(jié)果進(jìn)一步證明了水熱后的樣品表面有大量羥基存在;經(jīng)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(duì)所制備的膜層進(jìn)行了防護(hù)性能、耐久性能以及粘附性能的測(cè)試。結(jié)果表明,該稀土超疏水防護(hù)膜在腐蝕介質(zhì)中有很好的防護(hù)性能,并且有耐長(zhǎng)時(shí)間放置、耐高溫環(huán)境、耐化學(xué)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(jié)合上述表征結(jié)果,探討了超疏水膜的成膜機(jī)理和耐久機(jī)理。研究表明Actyflon-G502是通過與水熱后表面羥基的縮合反應(yīng)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(qiáng)的結(jié)合能力以及La2O3中La特有的電子結(jié)構(gòu)所形成的本身的疏水性能這個(gè)兩方面。通過退火與低表面能物質(zhì)自組裝修飾結(jié)合的處理方法在2024鋁合金表面上實(shí)現(xiàn)了潤(rùn)濕性的可逆轉(zhuǎn)換。WCA測(cè)試結(jié)果顯示稀土超疏水膜經(jīng)過退火后變?yōu)?°,而經(jīng)過再次自組裝修飾后又恢復(fù)到160°,而且經(jīng)過多次循環(huán)實(shí)驗(yàn)表明樣品有穩(wěn)定的可逆轉(zhuǎn)換能力。FIB-SEM結(jié)果表明樣品在經(jīng)過5次可逆循環(huán)以后納米結(jié)構(gòu)變得更加密集。XPS結(jié)果表明退火后表面有機(jī)物層C10F12H9Si(O-surface)3被分解,經(jīng)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(jié)果,還考察了經(jīng)過超疏水-超親水可逆循環(huán)5次后的樣品的防護(hù)性能和自清潔性能,并與可逆循環(huán)前的樣品進(jìn)行對(duì)比,探究可逆循環(huán)對(duì)樣品性能的影響。結(jié)果表明,經(jīng)過5次可逆循環(huán)后的樣品依然具有防護(hù)性能,但是其粘附性顯著減小,其滾動(dòng)角(SA)小于3°,具有良好的自清潔能力。除此之外,還結(jié)合上述表征結(jié)果討論了潤(rùn)濕性可逆轉(zhuǎn)換機(jī)理。
【關(guān)鍵詞】：超疏水 水熱法 仿生結(jié)構(gòu) 穩(wěn)定性 可逆轉(zhuǎn)換
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(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】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 緒論10-19
• 1.1 高強(qiáng)鋁合金的性質(zhì)及其應(yīng)用10-11
• 1.1.1 高強(qiáng)鋁合金的性質(zhì)10-11
• 1.1.2 高強(qiáng)鋁合金的應(yīng)用11
• 1.2 高強(qiáng)鋁合金的腐蝕與防護(hù)11-13
• 1.2.1 高強(qiáng)鋁合金的腐蝕11-12
• 1.2.2 高強(qiáng)鋁合金的防護(hù)12-13
• 1.3 高強(qiáng)鋁合金超疏水防護(hù)膜的研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)向13-18
• 1.3.1 高強(qiáng)鋁合金超疏水防護(hù)膜的研究現(xiàn)狀13-16
• 1.3.2 高強(qiáng)鋁合金超疏水防護(hù)膜的發(fā)展動(dòng)向16-18
• 1.4 本論文的研究目的和主要研究?jī)?nèi)容18-19
• 1.4.1 研究目的18
• 1.4.2 主要研究?jī)?nèi)容18-19
• 2 實(shí)驗(yàn)19-24
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料與主要試劑19
• 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)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(cè)量?jī)x21
• 2.5 性能研究21-24
• 2.5.1 防護(hù)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(hù)膜研究24-44
• 3.1 實(shí)驗(yàn)部分24-25
• 3.1.1 前處理24
• 3.1.2 水熱實(shí)驗(yàn)24-25
• 3.1.3 自組裝修飾25
• 3.1.4 對(duì)照樣品25
• 3.1.5 表征方法25
• 3.1.6 性能研究25
• 3.2 性質(zhì)表征25-31
• 3.2.1 潤(rùn)濕性能25-27
• 3.2.2 微觀形貌27-28
• 3.2.3 化學(xué)組成28-31
• 3.3 性能研究31-38
• 3.3.1 防護(hù)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(jī)理研究38-43
• 3.4.1 成膜機(jī)理38-40
• 3.4.2 耐久機(jī)理40-43
• 3.5 小結(jié)43-44
• 4 潤(rùn)濕性可逆轉(zhuǎn)換研究44-54
• 4.1 實(shí)驗(yàn)部分44
• 4.1.1 潤(rùn)濕性可逆轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)44
• 4.1.2 表征方法44
• 4.1.3 性能研究44
• 4.2 性質(zhì)表征44-49
• 4.2.1 潤(rùn)濕性能44-46
• 4.2.2 微觀形貌46-47
• 4.2.3 化學(xué)組成47-49
• 4.3 性能研究49-52
• 4.3.1 防護(hù)性能49
• 4.3.2 自清潔性能49-52
• 4.4 可逆轉(zhuǎn)換機(jī)理研究52
• 4.5 小結(jié)52-54
• 5 結(jié)論與展望54-56
• 5.1 小結(jié)54-55
• 5.2 展望55-56
• 致謝56-57
• 參考文獻(xiàn)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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