阳极氧化法构筑的铝基超疏水表面及其耐蚀性能

通过接触角测量仪、扫描电镜、红外光谱、电化学工作站对经阳极氧化及低表面能物质修饰相结合处理的7075铝合金的表面的形貌、化学成分和耐蚀性能进行了表征。结果表明:阳极氧化法构筑的珊瑚状微纳结构和低表面能十四酸的协同效应赋予了7075铝合金表面超疏水性能。当草酸浓度40 g/L、电流密度20 A/dm²、阳极氧化时间10 min时,获得的铝合金超疏水表面接触角最大,为152°,耐蚀性能最好,腐蚀速率比铝合金基体降低了4个数量级,同时具有优异的防污和自清洁性能。     

铝表面超疏水复合涂层的制备及其表面性能

目的 通过在纯铝表面构筑超疏水涂层,优化金属铝表面,并强化其应用性能。方法 采用阳极氧化法在铝表面构筑具有纳米孔洞的Al2O3薄膜,再利用全氟癸基三乙氧基硅烷修饰表面,得到超疏水复合涂层,并研究氧化电位和表面修饰时间对纳米结构的构筑及疏水性能的影响,研究超疏水复合涂层表面润湿性、防污、自清洁和抗结冰性能。结果 控制阳极氧化条件,在氧化电位为16～18V、氧化时间为1h时,得到1～2μm的“花瓣”聚集叠加成的多级粗糙结构。通过6 h的表面修饰,得到了接触角为163.6°的超疏水性复合膜层。进一步对该超疏水膜层的性能进行分析发现,经超疏水膜层修饰后铝具有优异的防污性能;相较于纯铝,经超疏水膜层修饰后铝片的电化学阻抗模值高达105?·cm2,而电流密度仅为1.81×10-9 A/cm2;在高温和低温环境下,超疏水膜层均能保持超疏水性能;经砂纸来回打磨200 cm后,膜层的接触角仍大于150°。结论 经阳极氧化纯铝得到具有多级粗糙结构的阳极氧化膜,并通过表面修饰可制备接触角高达163.6°的超疏水性复合膜层。该超疏水复合涂层具有优异的耐腐蚀性、自清洁性、耐污染性,以及良好的耐蚀性、机械稳定性和...     

A facile approach to fabricate superhydrophobic Zn surface and its effect on corrosion resistance

A superhydrophobic Zn surface was prepared by the following facile approach. First, a simple method, water-only hydrothermal oxidation, was employed to fabricate loose-stacked ZnO nanorods with hexagonal cross-sections, resulting in a superhydrophilic Zn surface. Then the superhydrophilic Zn was modified with a low-surface-energy compound, changing the surface character from superhydrophilicity to superhydrophobicity. The superhydrophobic surface reduced the Zn corrosion rate to about one-eighth of that with an untreated surface. Such effective impact on corrosion resistance could be attributed to the obstructive effect and capillary effect caused by the surface superhydrophobicity.     

5A05铝合金表面超疏水结构的制备及耐腐蚀性研究

腐蚀失效是制约铝基金属构筑物应用与发展的瓶颈。作为一种稳定的功能性改良新技术,表面超疏水化为解决金属腐蚀问题提供了有效途径。本文以5A05铝合金为研究对象,提出一种简单低成本的制备方法,实现了超疏水/耐腐蚀表面的可控构筑。采用电火花线切割技术,开展基材表面微米级褶皱与纳米级凹坑结构的一步高效制备研究,并对结构改性后的润湿性和耐腐蚀性进行系统测量与表征。结果表明,改性后的表面水滴静态接触角高达152.7°,滚动角仅为7.1°,表现出优异的超疏水性。进一步的电化学测试结果表明,超疏水表面通过改变界面作用行为,减弱了固-气-液复合接触界面间腐蚀介质的作用行为与过程,对表面耐腐蚀性产生决定性影响。本研究为拓展铝合金的工程应用奠定了坚实基础,尤其在海洋工程领域显示出巨大的应用潜力。     

One-step preparation of the superhydrophobic Al alloy surface with enhanced corrosion and wear resistance

Corrosion and wear failures are bottlenecks for restricting applications and developments of Al-based functional materials. As a new lubrication technology, superhydrophobic preparation provides an effective way to settle Al alloy corrosion. The preparation methods of superhydrophobic Al alloys are mainly multistep strategies. In this study, superhydrophobic Al alloy, has been prepared by an efficient one-step electrochemical etching process. Meanwhile, its micromorphology has been observed by a scanning electron microscope. The wettability has been measured by video optical contact angle meter. The corrosion behavior has been tested by electrochemical workstation, and wear performance has been characterized by friction tester. The results show that the micro-nanoterraced concave–convex structure has been fabricated and an as-prepared surface exhibits excellent superhydrophobic behavior. Further electrochemical and tribological tests show that corrosion resistance and wear resistance have also been significantly improved. This study provides a new method to prepare wear-resistant and corrosion-resistant Al alloy for widening applications of multifunctional Al-based engineering materials.     

航空用超疏水7075铝合金的高效可控制备及防腐机理

采用简单、高效、低成本的刻蚀技术,实现了航空用超疏水7075铝合金的规模化可控制备。阻抗测试表明,制备得到的超疏水7075铝合金的电荷转移电阻增大,双层电容明显减小,耐腐蚀性能得到显著改善。该研究对开拓绿色航空时代、创新合金材料腐蚀防护新技术具有重要经济价值和现实意义。     

镁合金表面防腐蚀超疏水涂层制备研究进展

镁合金是一种有发展前途的绿色工程金属材料，但其较差的抗腐蚀性能限制了它的大规模应用。对镁合金表面进行超疏水处理，能够极大地提高镁合金的耐腐蚀性能。当超疏水试样浸泡在腐蚀溶液中时，该结构将在腐蚀介质中形成固-气-液界面层，减少镁合金表面与腐蚀介质之间的接触面积，从而降低腐蚀速度。超疏水表面需要满足微纳米结构和低表面能2个必要条件。可以采用二步法或一步法在镁合金表面制备超疏水表面，详细介绍了在镁合金表面构造微纳米结构的方法，包括激光处理、机加工、化学刻蚀、化学镀、电化学沉积、阳极氧化、微弧氧化、水热合成和喷涂等方法。超疏水表面一旦受到机械损伤，微纳米结构无法满足条件，超疏水表面的“气垫效应”消失，腐蚀介质就会直接与微纳米结构接触，因此需要保证构建的微纳米粗糙结构对镁基体具有良好的保护作用并具有自愈功能。通过制备复合涂层，提高下层微纳米结构的自愈合性能，上层涂层的超疏水性与下层涂层的良好物理屏障能力的协同效应可以改善涂层的长久耐腐蚀性能。综述了在镁合金上制备具有良好耐腐蚀性能的复合超疏水表面的方法，并对镁合金超疏水表面防护技术的研究方向进行了展望。     

One-pot fluorine-free superhydrophobic surface towards corrosion resistance and water droplet bouncing

The drawbacks of artificial fabrication methods of superhydrophobic surface including multistep operations, time-consuming and fluorine-containing chemicals employment lead to inefficient preparation, severe environmental pollution, and safety concerns, restricting the large-scale manufacturing and promising applications. Herein, a fluorine-free stearic acid-based one-pot hydrothermal strategy was employed to simultaneously achieve surface roughness and low surface energy, transforming the surface wettability from hydrophilicity to superhydrophobicity. The as-fabricated superhydrophobic 5083 Al alloy surface exhibits excellent water-droplet bouncing, ultralow surface adhesion force, and repeatable self-cleaning ability. The electrochemical impedance spectroscopy results reveal that the impedance modulus value |Z|_{0.01 Hz} was remarkably improved, demonstrating a high-efficiency corrosion resistance. We believe that the one-pot fluorine-free hydrothermal-fabricated superhydrophobic surface can be considered as an efficient barrier against corrosive environments, and being beneficial for the functional applications of metallic materials.     

Corrosion Resistance of Superhydrophobic Mg-Al Layered Double Hydroxide Coatings on Aluminum Alloys

A superhydrophobic surface was successfully constructed to modify the layered double hydroxide (LDH) coatings on aluminum alloy using stearic acid. The characteristics of the coatings were investigated using SEM, XRD, FT-IR and XPS. The corrosion resistance of the prepared coatings was studied using potentiodynamic polarization and electrochemical impedance spectrum. The results revealed that the superhydrophobic surface considerably improved the corrosion-resistant performance of the LDH coatings on the aluminum alloy substrate. The formation mechanism of the superhydrophobic surface was proposed.     

铜基超疏水表面制备方法的研究进展

铜及其合金因具有良好的热物理性能,在海洋工程、能源、航空航天、电子器件等领域有广泛的应用前景。制备铜基超疏水表面能够提高铜及其合金在各领域的应用性能,降低铜基金属的损耗,减少资源浪费。因此,超疏水表面在铜及其合金表面的制备和应用方面成为了研究热点。首先简单介绍了超疏水表面的相关理论,主要包括Young氏方程、Wenzel模型和Cassie-Baxter模型。其次,基于制备铜基超疏水表面的2个条件(提高材料表面粗糙度以及降低材料表面能),详细综述了铜基超疏水表面制备方法的研究进展,讨论了自组装、刻蚀、电化学沉积、激光复合加工等方法在制备铜基超疏水表面时存在的优势和主要问题,分析了制备方法对铜基超疏水表面应用性能的影响,列举了铜基超疏水表面在自洁、耐腐蚀、油水分离等方面的应用。最后,指出了铜基超疏水表面未来的发展方向,即通过制备具有自修复功能的超疏水表面或通过改变材料表面微纳米结构,提高铜基超疏水表面的耐磨性和稳定性。除此之外,工艺简单、成本低的铜基超疏水表面制备方法仍具有广阔的应用前景。     

化学刻蚀法调控铝合金阳极氧化膜的表面结构及防腐性能

为了提高铝合金的耐蚀性能,采用化学刻蚀与阳极氧化相结合的方法在铝合金表面构造了微纳结构,经进一步化学修饰后得到耐蚀性能良好的表面防护膜层。利用扫描电子显微镜、红外光谱仪表征所制备膜层的表面形貌和化学成分,采用激光共聚焦显微镜测定样品的表面粗糙度,通过接触角测量仪和电化学工作站对膜层的润湿性和防腐性能进行表征,考察刻蚀时间对于膜层表面结构和耐蚀性能的影响规律。结果表明:当刻蚀时间为3min时,膜层的耐蚀性能最佳:相对于未经刻蚀的样品腐蚀电位正移了0.15V,腐蚀电流下降了两个数量级。且接触角最大(152°),这是由于此条件下制备的薄膜表面微/纳结构最完整、比例最合理。     

Electroplated super-hydrophobic Zn-Fe coating for corrosion protection on magnesium alloy

A superhydrophobic Zn-Fe alloy coating was prepared on the surface of a reactive magnesium alloy using a simple, low-cost, eco-friendly method. Firstly, the Zn-Fe coating was obtained in a neutral glycerol Zn-Fe plating solution, which is green, compositionally stable, and non-corrosive to the equipment. And then the superhydrophobic surface with a flower-like microstructure was obtained by grafting myristic acid onto the Zn-Fe coating via a chelation reaction. The water contact angle was >150° and the rolling angle was 3°-4°. The corrosion rate of the two groups of superhydrophobic magnesium alloy samples with electrodeposition time of 30 and 50 min, respectively, was reduced by about 87% compared to that of the bare magnesium alloy. The prepared superhydrophobic coatings exhibit high performance in self-cleaning, abrasion resistance, and corrosion resistance.     

用于油水分离的超疏水氧化锌海绵的制备及其性能

针对目前油水分离材料制备工艺复杂、成本较高或性能较差的问题,利用简单的溶剂热法将纳米氧化锌涂覆在商用聚氨酯海绵的表面,随后用十六烷基三甲氧基硅烷进行改性,成功制备了具有优异的油水分离特性的超疏水超亲油聚氨酯海绵。结果表明,该油水分离材料与水的接触角可高达160°,而油滴可在2 s内被完全吸收,且对各类油品都具有较高的吸油能力,均可达自身重量25倍左右。通过对油水分离后收集的油分进行FTIR检测分析发现所制备的油水分离材料具有优异的油水分离性能。制备的油水分离材料的涂层与海绵之间具有较强的粘附力,在丙酮溶液中超声振荡9 h之后仍保持良好的超疏水特性。另外,制备的超疏水超亲油聚氨酯海绵具备较好的耐酸碱腐蚀性能和重复利用性能,在重复吸油-脱油过程200次以后仍能保持超疏水超亲油特性。     

金属铝表面超疏水薄膜的构筑及减摩特性

目的改善铝基材料在干摩擦条件下的摩擦磨损性能。方法采用两步法在铝表面构筑稳定的超疏水薄膜。首先采用盐酸溶液刻蚀金属铝,在其表面构筑微纳织构;然后涂覆硬脂酸,降低表面能。利用SEM、XRD、FTIR、接触角测量仪及摩擦磨损试验机表征铝表面超疏水薄膜的表面形貌、化学组分、润湿性和减摩耐磨特性。结果 SEM及XRD分析表明,刻蚀后的铝表面呈现多尺度微纳结构。FTIR分析表明,脂肪酸以双配位结构与铝表面发生作用。接触角测试表明,所制备的薄膜呈现出良好的超疏水性能,静态接触角达150°,滑动角小于10°。摩擦学实验结果表明,制备的超疏水薄膜可明显改善铝基底的摩擦学性能,在干摩擦条件下与钢球对磨时,超疏水薄膜的摩擦系数保持在0.16左右,寿命超过10 000 s,而相同条件下未处理的金属铝摩擦系数超过0.6。结论采用盐酸溶液刻蚀金属铝,然后涂覆硬脂酸,可在铝表面构筑复合薄膜。薄膜不仅表现出明显的超疏水特性,同时具有良好的减摩耐磨性能。该方法技术简单,价格低廉,易于批量化生产,为改善微纳条件下铝及其合金的摩擦学性能提供了一个新的思路。     

Facile method to prepare a novel honeycomb-like superhydrophobic Polydimethylsiloxan surface

A novel honeycomb-like superhydrophobic Polydimethylsiloxan surface with interesting hierarchical micro- and nanostructures was obtained using a facile template method. The water contact angle and sliding angle of the superhydrophobic Polydimethylsiloxan surface were 155 ± 1.7° and 5°, respectively. The superhydrophobic Polydimethylsiloxan surface showed high stability in the pH range from 1 to 14. After several frictions, the superhydrophobic Polydimethylsiloxan surface also maintained high superhydrophobicity. When the superhydrophobic Polydimethylsiloxan surface was contaminated, 99.5% contaminant particles were removed from the superhydrophobic Polydimethylsiloxan surface by artificial rain, showing an excellent self-cleaning property. After being stored in an ambient environment for 6 months, no decrease in water contact angle was observed.     

2024铝合金超疏水表面的制备及其耐蚀性能

目的 在2024铝合金基体上制备超疏水表面,从而提高自清洁性能和耐腐蚀性能。方法 采用硫酸和草酸钛钾混合电解液阳极氧化,用月桂酸乙醇溶液修饰,在铝合金基体上制备超疏水表面,用扫描电子显微镜（SEM）、红外光谱和光学接触角测量仪观察、分析超疏水表面形貌、化学结构和润湿性,用电化学交流阻抗和极化曲线测试研究超疏水表面在3.5%氯化钠中的耐蚀性。结果 20 V恒电位阳极氧化时间小于90 min时,随着时间的增加,接触角增大。铝合金在0.5 mol/L硫酸和0.01 mol/L草酸钛钾混合电解液中阳极氧化90 min,并在5%（质量分数）的月桂酸乙醇溶液中修饰1.5 h,能制备出最优的超疏水表面,接触角为157.99°。在3.5%氯化钠中浸泡14天后,超疏水铝的交流阻抗值高于空白铝4个数量级,Tafel极化曲线解析表明,保护效率为99.92%。结论 在低浓度硫酸中对铝阳极氧化,并用月桂酸修饰能够成功制备出超疏水表面。所得表面展现出良好的耐腐蚀性,并且耐孔蚀性能得到改善。     

超疏水Co-MoS2复合镀层的制备及其性能

采用一步电沉积法制备了具有优异耐磨耐蚀的超疏水Co-MoS₂复合镀层。利用扫描电镜、X射线衍射仪、激光共聚焦显微镜、接触角测试仪及电化学工作站等系统研究了电流密度和电沉积时间对复合镀层的微观形貌结构、润湿性、自清洁效果、耐磨和耐蚀性能的影响规律及机理。结果表明,当电流密度为20 A/dm²,电沉积时间为30 min时,Co-MoS₂复合镀层实现超疏水效果,接触角达到最大值约151.4°,具有良好的自清洁防污性能。在2.5 kPa压力下与800 目砂纸摩擦1200 mm后,镀层表面仍具有高于146°接触角的良好疏水性,表现出优异的耐磨性能。该超疏水复合镀层还具有较好的耐腐蚀性能。一步电沉积法简单、经济高效且环保制备了高性能超疏水复合镀层,可望实现超疏水材料的实际应用。     

光催化型超疏水自清洁涂层研究现状

光催化型超疏水自清洁涂层是在超疏水涂层的基础上通过物理、化学方法复合光催化材料获得光催化性能，使涂层可以在光照作用下将有机附着物进行分解并通过超疏水表面达到自清洁的效果。本文对国内外光催化型超疏水自清洁涂层的构建方式进行总结，将其归纳为表面构造法、共混法、包覆法3类，构造方法的不同对涂层性能的影响方面也有所区别。与单一功能的超疏水涂层相比光催化型超疏水自清洁涂层更能解决实际应用中所面临的问题。此外，本文对光催化型超疏水自清洁涂层的相关性能进行了横向对比，对影响涂层性能较为关键的耐久性能进行了整体的整理分析，并归纳了目前研究当中的光催化型超疏水自清洁涂层的机械耐磨性、耐腐蚀性、耐冲击性和自愈性能，分析了其耐久性提升机制。最后，对光催化型超疏水自清洁涂层未来的应用前景进行了展望，建议从超疏水-光催化协同作用机制、基底结合强度提升、成本控制和复合涂层自修复等方面对光催化型超疏水自清洁涂层进行研究。     

超疏水铝合金表面的制备及耦合机理分析

为制备超疏水铝合金表面,采用高速电火花切割技术在铝合金表面加工类水稻叶表面的沟槽结构。通过扫描电子显微镜(SEM)观测材料表面形貌,采用接触角测量仪表征水滴在材料表面的疏水性和黏附性。结果表明： 铝合金表面形成了排列规则的微米级沟槽结构,沟槽突起和底部覆盖着微米级凹坑、突起物和纳米级错层等结构。铝合金试样表面的接触角由加工前的61.24°提高至157.71°,最大达165.36°,实现了材料表面亲水向超疏水的转变。提拉法表明加工的铝合金表面具有高黏附特性。将测得的接触角与CassieBaxter模型计算的理论值进行比较,发现试样表面的超疏水性是微米级和纳米级等复合结构共同耦合作用的结果。铝合金试样表面的多尺度结构不仅提高了材料表面的疏水性能,同时也形成了试样表面的高黏附特性。     

抽水蓄能机组过流表面超疏水涂层的制备及其阻垢防腐性能研究

目的提升过流表面的阻垢、防腐性能。方法通过电感耦合等离子光谱仪和离子色谱对江西某抽水蓄能电站过流表面垢质组成进行表征,分析垢质形成的主要因素。采用Q235低碳钢片模拟抽水蓄能机组过流表面,并通过在过流表面构筑超疏水表面涂层,来提升其阻垢和防腐性能。采用商品化的Zonyl?TM作为疏水改性剂,通过乳液聚合法制备改性Si O_2微球-含氟聚合物混合涂膜液。通过喷涂法在Q235低碳钢片上制备超疏水表面。通过挂片试验考察超疏涂层的阻垢、防腐性能。结果 Q235低碳钢片超疏水涂层表面水滴接触角达到了151.8°,表面能降低至5.1m N/m,水滴滚动角为7.8°,表现出良好的超疏水性。在挂片试验中,未涂覆超疏水涂层的钢片表面存在严重腐蚀,而涂覆超疏水涂层的钢片表面未见腐蚀现象。涂覆超疏水涂层后,钢片表面的结垢总增重从涂覆前的45 g/m~2降低至5 g/m~2,降低了88.9%。结论通过喷涂法在模拟过流表面经过一次涂覆成功制备了超疏水涂层,有效避免了表面的腐蚀,并显著减缓了表面的结垢。该方法在过流表面的阻垢、防腐方面展现出了良好的应用前景。