超疏水鋁合金表面的構建及性能研究.pdf

1、鋁及其合金具有良好的導電、導熱性，延展性和很好的機械加工等特性。因此，其在有色金屬中用量大、應用廣。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)領域被廣泛使用。但是，鋁合金在酸、堿、海水以及一些強腐蝕性的濕環(huán)境中容易被腐蝕，在極端氣候條件下表面容易結冰結霜，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，延遲結冰結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建超疏水薄膜是提高鋁及其合金的耐腐蝕性能、防結冰、防結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構、組成以及耐腐蝕、防結冰、防結霜和自清潔性能進行了詳細研究，主要研究內(nèi)容和結果如下：

3、
　　（1）兩步法構建超疏水鋁合金表面：用成本低廉、環(huán)保的兩步法成功構建得到接觸角為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構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)層狀結構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構及潤濕性能的影響。結果表明：當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-納米級空穴結構，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。
　　（3）超疏水鋁合金的耐腐蝕性能：采用電化學測試和鹽水浸泡實驗對超疏水鋁合金的耐腐蝕性能進行了考察。電化學測試結果表明：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、表面形貌和化學結構對比分析結果表明：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)物遠比空白鋁合金表面上的少。這些結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冰霜性能進行了考察。結果表明：與空白試樣相比較，相同溫度下超疏水鋁合金表面的結冰時間均要延緩5~

7、9 min；相同結冰時間下，超疏水試樣表面水滴結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冰霜性能。最后，對超疏水試樣的防結冰和防結霜機理進行了探討。
　　（5）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。
　?。?）超疏水鋁合金表面構建方法優(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