金属基超疏水防腐蚀涂层的构建方法现状

金属腐蚀不仅带来巨大的经济损失,也给我们的人身安全带来隐患,因此,采取有效的金属防腐蚀措施刻不容缓.由于超疏水涂层在金属腐蚀防护中优异的性能,综述了金属基超疏水涂层的主要构建方法,包括水热法、溶胶-凝胶法、电化学沉积、溶液浸渍沉积法、自组装法、化学(电)刻蚀法、接枝聚合法和模版法,探讨了各种制备方法的优缺点,并展望了超疏水涂层在金属防腐蚀方面的发展方向.     

碳钢表面电镀Ni-TiO2镀层硬脂酸修饰制备超疏水表面

目的 在碳钢基体上制备超疏水表面,提高碳钢的耐海水腐蚀性能。方法 采用恒电流沉积结合硬脂酸修饰的方法,在碳钢表面制备超疏水Ni-TiO2复合镀层。通过扫描电子显微镜（SEM）、EDS能谱分析、傅里叶红外光谱仪（FTIR）、X射线衍射仪（XRD）,对样品的形貌、化学组成及晶型结构进行分析。通过接触角测量仪、自清洁测试,对试样的表面润湿性及自清洁性进行分析。利用电化学工作站测量样品的电化学阻抗谱和极化曲线,从而对样品的耐蚀性进行评价。结果 制备的Ni-TiO2复合镀层呈球形微纳米粗糙结构。经硬脂酸修饰后,接触角高达160.99°,具有良好的超疏水性和自清洁性能。制备的超疏水Ni-TiO2复合镀层在3.5%NaCl溶液中的自腐蚀电流密度为2.42×10-8 A/cm2,腐蚀速率为2.84×10-4 mm/a,对裸碳钢的缓蚀效率为99.41%,具有优异的腐蚀保护作用。此外,在3.5%NaCl溶液中浸泡60天后,超疏水Ni-TiO2复合镀层的电荷转移电阻Rct变化很小,镀层没有破损,具有长期防腐蚀性能。结论 在碳钢表面通过恒电流电沉积结合硬脂酸修饰制备的超疏水表面,能长期有效地提高碳钢对海水的耐腐蚀性能。     

化学刻蚀-阳极氧化复合制备钛合金超疏水表面试验研究

目的 提高TC4钛合金超疏水表面的疏水性、耐腐蚀性与力学性能。方法 首先选择化学刻蚀法对TC4钛合金进行处理制备出微米级结构,再采用阳极氧化法制备出纳米级结构,最终在试样表面制备出了具有微纳分级结构的超疏水表面。通过观察微观结构表面、Tafel测试、线性磨损试验、抗冲击性测试以及防冰性能测试,分别对H₂O₂刻蚀、强酸刻蚀、阳极氧化、H₂O₂刻蚀-阳极氧化和强酸刻蚀-阳极氧化制备的超疏水表面进行性能对比。结果 使用双氧水-碳酸氢钠混合溶液制备出的超疏水表面接触角为156.4°,滚动角为2.7°;硫酸-盐酸混合溶液制备出的超疏水表面接触角为153.1°,滚动角为7.6°;阳极氧化法制备的超疏水表面接触角为156.3°,滚动角为4.2°;双氧水-碳酸氢钠混合溶液刻蚀并阳极氧化处理后,表面接触角为157.6°,使用硫酸-盐酸混合溶液刻蚀并阳极氧化处理后,表面接触角为155.9°,二者滚动角均小于2°。复合方法制备的表面疏水性能优于单一方法制备的超疏水表面。超疏水试样的OCP都高于TC4钛合金,经过强酸刻蚀和...     

超疏水表面抑制结霜研究进展

超疏水表面以其超高的表观接触角和很小的滚动角在工业中获得广泛的应用。综述了近期国内外超疏水表面在抑霜方面的研究新进展,归纳了超疏水表面的冷凝、结冰和落霜过程的过程特点和疏水性对结霜过程的影响。超疏水表面能显著延迟冷凝发生和开始结霜的时间,降低霜层的厚度。与普通表面相比,超疏水表面的霜层结构更为蓬松脆弱,可在外力作用下轻松去除,表现出较好的抑霜性能。由于部分超疏水表面在冷凝阶段丧失疏水性从而丧失抑霜性能,大大地限制了超疏水表面在抑制结霜方面的潜力。纳米结构超疏水表面较好地解决了上述问题,一部分纳米表面由于冷凝液滴的弹跳现象而表现出极佳的抑霜性能。最后,对超疏水表面研究的发展进行了展望。     

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。     

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。     

电化学刻蚀法制备铝合金超疏水表面及其润湿性转变

目的通过简易环保的方法在铝合金基体上制备超疏水表面。方法采用电化学刻蚀和空气中保存法在铝合金基体上制备超疏水表面,用扫描电子显微镜、粗糙度测量仪和光学接触角测量仪对所得样品的微观形貌、表面粗糙度和润湿性进行分析。结果水滴在铝合金表面的接触角随着保存时间的增加而增大,电化学刻蚀所得超亲水表面逐渐表现出超疏水特性。12 d后表面趋于稳定,水滴在铝合金表面的接触角和滚动角分别为(152.3±4.5)°和(6.4±2.2)°。随着电化学刻蚀时间的增加,铝合金表面的润湿性减小。热处理可以使超疏水表面转为超亲水表面,在空气中保存后表面又恢复疏水性。结论试验所用中性环保的NaCl溶液作为电解液,极大地降低了试验对人体和环境的危害。并未使用有害的二次化学涂层作为表面能修饰材料,提高了试验的安全性和超疏水表面的稳定性。通过此简单环保的电化学刻蚀和空气中保存的方法成功地在铝合金基体上制备出了超疏水表面,所得表面展现出良好的疏水特性。     

浸润性可转变的超疏水织物用于油水分离研究

目的制备超亲疏可逆转换实现油水分离的纺织品。方法首先利用化学镀铜的方法在涤棉织物表面构筑微米-亚微米粗糙结构,然后浸入十二酸乙醇溶液中通过低表面能物质的修饰得到超疏水织物。采用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线光谱仪(EDXS)和接触角测试仪对其表面形貌、表面元素和浸润性能进行测试。结果十二酸修饰镀铜涤棉织物具有超疏水性能,与水的接触角达到151.9°;此外,改变超疏水织物所处环境的p H可实现浸润性的可逆转变,从而达到不同密度的油与水的分离,且分离效率高达98%,分离循环次数在80次以上。结论通过化学镀铜构造粗糙表面,再用低表面能物质十二酸修饰,可成功制备超疏水织物。增大织物所处环境的p H值,可得到超亲水织物。超疏水织物和超亲水织物都可用于油水分离。     

镁合金超疏水表面制备技术的研究进展

超疏水表面因其在日常生活及工农业生产等领域有巨大的应用前景而受到科研人员的广泛关注。基于镁及其合金基底超疏水表面的制备研究可以加深对材料特性的认识、扩展材料应用范围和提高材料应用性能而具有重要的意义。介绍了超疏水表面的相关理论基础和超疏水状态下的两类模型及其相互关系,对两类模型下表面微细结构和固体表面化学成分对接触角的影响进行了讨论。从构建超疏水表面的两种途径出发,一是在低表面能物质上构建特殊微细结构,二是在微细结构表面利用低表面能物质进行修饰,着重总结归纳了镁合金基底超疏水表面制备技术的研究进展,并对镁合金超疏水表面的发展进行了展望。     

超疏水铝合金表面的复合制备与性能

铝合金由于易被腐蚀的缺陷限制了其发展,研究表明表面超疏水化能有效地提升其耐腐蚀性能。 文中以铝合金作为基底材料,首先采用激光加工的方法制备微结构表面,然后采用氢氧化钠刻蚀制备超疏水表面。 利用扫描电子显微镜(SEM)、光学轮廓仪、X 射线能谱仪(EDS)、接触角测量仪和电化学工作站对样品表面微观形貌、化学元素组成、 润湿性能和耐腐蚀性能进行表征。 结果表明:激光功率为 30 W,氢氧化钠浓度为 0. 1 M,刻蚀时间为 6 min,该表面的接触角最高为 155. 1°,同时该超疏水表面具有双尺度分层结构,分别是光栅结构与更小一级的蜂窝状结构。 超疏水表面电化学测试表明,腐蚀电位发生左移,为-0. 635 V,自腐蚀电流密度变化更为明显,减小至 1. 68×10^-6 mA·cm^-2 。 该表面耐腐蚀性能显著增加。     

钛基体表面处理对无氰电刷镀银结合力的影响

采用无氰电刷镀银溶液，通过对钛基体进行喷砂、机械打磨、化学刻蚀等表面处理，电镀前再经过表面活化，可有效地提高钛基体与镀银层之间的结合力。     

TiN／Ti／SiO2／Si基板的分电极酸性化学镀铜

讨论了对TiNi／Ti／SiO2／Si基板在HF＋CuSO4中采用分离双电极方法的化学酸性镀铜。Si基板和TiNUTi／SiO2／Si基板分别作为化学镀的阳极和阴极，在开路条件下进行化学镀。最佳化学镀反应条件为电极相距0．5mm，[HF]和[CuSO4]大于8％（质量分数）和0．045mol／L。最后得到覆盖率高、晶粒大小均一、结构致密、具有〈111〉择优取向的Cu膜，且Cu膜中不含Cu2O，降低了电阻率。     

脉冲镀金工艺研究进展

金镀层具有良好的耐腐蚀性、抗氧化性、导电性及延展性,广泛应用于精密微纳元器件制造。电化学镀金是实现微纳元器件镀金的主要工艺之一,主要分为直流镀金工艺和脉冲镀金工艺。相较于直流镀金工艺,脉冲镀金工艺可通过控制脉冲波形、频率、占空比及电流密度等脉冲参数,改变金属离子电沉积过程中的电化学极化和浓差极化,灵活调控镀层的物理化学性能。近年来,国内外在微纳元器件脉冲镀金工艺领域开展了系列研究工作,并取得了不错的进展。综述了电化学脉冲镀金的基本原理,描述了电镀金试验中金由离子形态转化为金属的过程。此外,还综述了占空比、频率、电流密度、脉冲导通时间、脉冲关断时间等脉冲参数对金镀层形成的影响,以及镀层性能评价方式;另外,介绍了无氰和有氰两大典型镀液获得金镀层的基本情况,分析了它们各自的优缺点,主要表现为有氰镀液稳定性好,所得金镀层较均匀,而无氰镀液的突出优势为无毒,但其稳定性有待进一步提高。最后,展望了脉冲镀金工艺的发展方向,可为发展新型脉冲镀金工艺及应用拓展提供有益的参考和启示。     

样品位置对多弧离子镀TiAlN薄膜表面质量的影响

采用多弧离子镀技术,在硅基体表面沉积TiAlN薄膜;固定试样与靶材间的距离,使试样表面与靶平面成0°、45°、60°、120°、135°、180°,研究偏转角度对薄膜表面质量的影响;固定试样与靶材的偏转角度(60°和120°),研究试样与靶材的距离(分别为240,265,295,325,350mm)对TiAlN薄膜质量的影响。采用三维白光干涉表面形貌仪、场发射环境扫描电子显微镜测试薄膜的表面粗糙度、表面形貌和厚度。结果表明:试样与靶材的偏转角度显著影响薄膜表面大颗粒的数量,而试样与靶材的距离则影响薄膜的厚度。TiAlN薄膜表面大颗粒物随偏转角度的增加明显减少,厚度随着试样与靶材距离的增加而减小。从靶材材料成分及蒸发出的粒子的分布、偏压电场下粒子的运动特性等方面讨论了基体和靶材的距离、偏转角度对薄膜沉积速率和大颗粒的影响机制。     

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。     

脉冲电镀Ni-SiC纳米复合镀层工艺与微观形貌

采用脉冲电镀法制备了Ni-SiC(纳米)复合镀层,研究了脉冲参数对镀层中纳米颗粒含量和镀层显微硬度的影响.利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析了镀层的显微形貌及纳米复合镀层的相组成.用显微硬度计测试了镀层的显微硬度.结果表明,脉冲电镀能获得晶粒度细小、致密、光亮、均匀且高硬度的复合镀层.     

电弧离子镀基体沉积温度计算

较详细地考察了电弧离子镀时影响基体沉积温度的因素及影响程度,应用能量平衡原理建立了计算基体沉积温度的数学模型。采用该计算模型分析了基体材质、形状与电弧离子镀膜工艺参数改变时基体温度的变化,经实验验证,模型计算与实验数据基本吻合。     

双向脉冲镀银技术的研究与应用

开发研究了双向脉冲镀银技术,通过大量试验,详细研究和分析了相关因素对镀银层组织和性能的影响,优化和确定了双向脉冲镀银工艺配方、工艺参数.对脉冲镀银层性能进行检测,并与直流镀银的性能进行对比,双向脉冲镀银技术有效解决了普通镀银层硬度低、耐磨性差、承受动态负荷和冲击能力低等不足的难题,提高了镀银层综合性能和工作可靠性.     

超疏水不锈钢网双面复合电刷镀制备法及其油水分离应用

目的 采用双面复合电刷镀法制备一种超疏水不锈钢网,并实现油水分离。方法 搭建双面复合电刷镀试验装置,将不锈钢网依次进行预处理、刷镀过渡镀层、刷镀工作镀层和低表面能改性处理,得到超疏水性能良好的不锈钢网。研究刷镀电压、刷镀时间、刷镀速度和刷镀温度等参数对不锈钢网微结构和润湿性的影响。借助光学接触角测量仪、扫描电子显微镜、X射线衍射仪和傅里叶变换红外光谱仪等分析测试设备,对制备的不锈钢网的表面润湿性、微观形貌、元素组成和油水分离性能等进行测试分析。结果 双面复合电刷镀工艺能够在不锈钢网表面形成均匀分布的花椰菜状微/纳米级粗糙结构,镀层的主要成分为镍,并含有微量纳米二氧化硅。在刷镀液温度为25℃、刷镀速度为8 m/min条件下,以15 V的刷镀电压刷镀3 min,超疏水不锈钢网的接触角达到159°,滚动角为7°。制备的不锈钢网具有优异的油水分离性能,对正己烷、二氯甲烷等多种油水混合物的分离效率达到95%以上,且分离纯度较高。结论 采用双面复合电刷镀工艺可简单快速地获得双面超疏水不锈钢网,制备的超疏水不锈钢网能高效地分离多种油水混合物,在海洋溢油清理等领域有良好的应用前景。     

电镀/化学镀双层镍的研究

在45学镀Ni-P合金层进行对比,采用中性盐水、酸性盐水和浓盐酸浸泡实验考查了镀层的耐蚀性能,采用热震实验和锉刀实验考查了镀层的结合强度,并分析了镀层的表面形貌和硬度.结果表明:电镀/化学镀双层镍在较薄时就具有与单层Ni-P合金镀镍层相当的耐蚀性能,且与钢基体结合良好.