超疏水钛合金表面制备及其抗海洋生物附着性能

为提高钛合金抗海洋生物附着性能,采用激光刻蚀技术在Ti6Al4V合金表面构建不同间距的微米级点阵结构,利用聚合物基纳米复合材料构建微/纳双层结构,制备超疏水Ti6Al4V合金表面。用光学显微镜和扫描电镜表征其形貌;用接触角测量仪测量试样的表面接触角;用浅海挂板的方法测试试样的抗海洋生物附着污损性能。结果表明,具有单一微结构的Ti6Al4V合金表面为疏水表面。随着点阵间距的减小,接触角增大。当间距为50μm时,接触角可达131.8o,但试样的表面滚动角较大,将试样竖直甚至翻转,水滴都不滚落;具有微/纳双层结构的Ti6Al4V合金表面为超疏水表面,且随着点阵间距的减小接触角增大,滚动角减小。当间距为50μm时,接触角达163.8o,滚动角仅为1.89o。具有微/纳双层结构的超疏水Ti6Al4V合金表面抗海洋生物附着污损性能显著优于抛光Ti6Al4V合金表面及具有单一微结构的Ti6Al4V合金表面。     

AZ31镁合金Ni-P/NiO耐腐蚀超疏水表面的制备及其性能研究

通过化学镀镍、水热法和浸泡法在AZ31镁合金上制备出Ni-P/NiO超疏水表面。首先通过化学镀镍的方法,在镁合金表面形成了一个Ni-P隔离层,有效地阻止外界与镁合金基底的接触,然后在Ni-P之上构筑NiO粗糙结构并对其表面进行疏水修饰,进一步对镁合金基底进行保护。通过电化学阻抗分析得出,其阻抗模值可达1×10⁸ Ω·cm²,比未经处理的镁合金高出6个数量级,腐蚀电流密度降低到0.587 μA·cm^-2,表明制备出的Ni-P/NiO超疏水表面具有优良的耐腐蚀性能。     

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。     

TC4钛合金超疏水表面/超润滑表面的制备及防冷凝性防冰性能研究

目的 为研究疏水表面与润滑表面的防冷凝及防冰机理,拓宽TC4钛合金在航空航天、医疗、化工石油、船舶制造等多个领域的应用。方法 采用阳极氧化法,在TC4表面构建了不同粗糙微结构,利用扫描电镜和原子力显微镜分别对表面形貌和粗糙度进行表征,对表面进行氟化和注油后,应用接触角测量仪测试表面的接触角、滚动角和滑动角,并在恒温恒湿箱内对氟化超疏水TC4表面和注油超润滑TC4表面的冷凝行为和结冰行为进行观测。结果 以HF溶液为电解液,10 V恒定电压下,在TC4表面制备得到了突触状微结构,20 V恒定电压下制备得到了排列有序的纳米管状结构。氟化改性后,纳米管状结构TC4表面接触角可达156.1°,滚动角为8°,表现为超疏水性。注油后的纳米管状超润滑TC4表面接触角为109.1°,滑动角为2°,表现为超润滑性。在冷凝测试中,超疏水表面出现了液滴自发滑移和自发跳跃行为。在结冰测试中,注油后的纳米管状超润滑TC4表面比其他测试样品表面具有最长的结冰延迟时间45s和最低冰黏附强度8.8 kPa。结论 超疏水TC4表面比其他测试样品表面具有更加优异的防冷凝性,进行注油润滑后,超润滑表面的防结冰性优于超疏水表面...     

微纳超疏水钛合金表面的制备及其性能研究

目的 制备超疏水自清洁的Ti6Al4V合金表面。方法 首先使用飞秒激光在Ti6Al4V合金表面预制备微米级结构,然后将预制备的样品置于1.0 mol/L的氢氧化钠溶液中,在超声水浴状态下进行电化学去合金,获得微纳米复合结构。经表面改性后,得到微纳超疏水钛合金表面。结果 经复合制备的微纳超疏水表面结构由微米级的梯形凸柱阵列,以及通过电化学去合金形成的三维纳米孔洞骨架和沉积的微米或亚微米金属氧化物组成。经过表面改性后,该微纳复合结构表面呈现优异的超疏水性,其接触角可达162.5°,滚动角低至3.4°。自清洁性能测试结果表明,该微纳超疏水钛合金表面展现出优异的低黏附性和自清洁性,1滴水对表面的清洁效率达到99.8%。激光加工参数与静态水接触角之间的关系表明,接触角与扫描间距呈负相关,与能量密度、重复次数呈正相关。结论 飞秒激光结合电化学去合金方法制备的具有微纳结构的钛合金表面呈现出优异的超疏水自清洁性能,通过改变激光加工参数能够有效增大表面的静态水接触角,为后续研究提供了一定参考。     

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。     

飞秒激光与电沉积复合工艺制备不锈钢超疏水表面及减阻性能EI北大核心CSCD

在远程管道运输过程中,固液间摩擦阻力是一个不容忽视的问题,类鲨鱼结构减阻效率低且制备困难。基于荷叶表面仿生思想,构筑微结构制备超疏水表面,减小摩擦阻力。采用飞秒激光刻蚀与电沉积复合工艺,在不锈钢表面构筑框-锥多级结构,经自组装氟硅烷制备超疏水表面,讨论复合工艺参数对微结构形貌及润湿性能的影响,探究框-锥多级结构超疏水表面减阻。结果表明,利用飞秒激光可获得周期性分布的框结构,随着激光功率的增加,微米框结构内部形成不规则沟壑金属堆积物,且关光延时的增长会产生单侧分布微孔结构,损伤基体整体强度;通过电沉积工艺制备亚微米尖锥结构镍镀层,随着电流密度的增加,镀层微结构形态发生变化,形成亚微米尖锥石结构,表面由疏水转变为超疏水。与激光刻蚀10次自组装氟硅烷涂层试样相比,激光刻蚀与电沉积复合工艺自组装氟硅烷涂层的试样表面接触角由138.6°提高到156.7°,对水和30wt.%甘油的减阻率分别由8.17%、14.38%提高到27.74%、23.69%。将激光刻蚀与电沉积相结合,构筑微纳结构经自组装制备超疏水表面,可为降低管道输运中固液间摩擦阻力提供新的技术途径。     

激光刻蚀法制备GH4169超疏水表面及性能研究

采用光纤激光打标机在GH4169基底上刻蚀出微观结构,并通过在1.0%氟硅烷(FAS)乙醇溶液中改性降低表面能制备GH4169超疏水表面。该超疏水表面能达到接触角大于160°且滚动角小于10°。通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、接触角测量仪对样品的微观结构、元素组成及润湿性进行表征和分析。采用单因素实验探究光纤激光打标机的扫描频率、功率以及速度对GH4169表面润湿性的影响规律,并对制备出的超疏水表面的粘附性和自清洁性进行了测试。     

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。     

表面膜对点阵结构Ti6Al4V表面超疏水特性的影响

采用激光加工在Ti6Al4V试样表面加工不同间距的点阵结构,采用自组装技术制备4种自组装分子膜。通过表面形貌和接触角的测量表征试样的表面特性。结果表明:通过激光点阵加工和沉积自组装分子膜,可显著增加Ti6Al4V试样的水接触角。长链分子FDTS、FOTS和OTS制备的自组装分子膜,使Ti6Al4V试样的接触角均大于150?,形成超疏水表面,其中沉积FDTS自组装分子膜时,试样的接触角最大,可达164.5?。沉积短链分子MPS自组装分子膜时,只有当激光加工间距为50μm时,试样方可形成超疏水表面;间距增大后,试样表面变成疏水表面。沉积4种自组装分子膜时,试样的接触角均随激光点阵加工间距的增大而减小。     

超疏水Ni-P-Al2O3纳米复合镀层的制备及耐腐蚀性能研究

为提高45钢基体材料的耐腐蚀性能,采用电化学法与氟硅烷修饰相结合的方式在45钢基体表面制备超疏水Ni-P-Al2O3纳米复合镀层,并对镀层的表面形貌、晶相结构、表面粗糙度、润湿性及耐蚀性能进行了研究。结果表明:采用电沉积法制备的Ni-P-Al2O3镀层表面均匀、致密,且无明显气孔缺陷,接触角测试表明其表面达到了超疏水状态,而经电化学加工后,镀层表面形成不规则的微凹坑结构,表面粗糙度值明显增大。经电化学测试,与普通Ni-P-Al2O3镀层相比,超疏水Ni-P-Al2O3镀层的腐蚀电流密度、腐蚀速率均更小,表现出优异的耐腐蚀性能。     

TC4钛合金铜镀层的性能*

传统的氰化物镀铜工艺会对环境造成极大的危害,钛合金无氰镀铜技术具有较高的研究价值。采用无氰化物硫酸盐镀铜技术在TC4钛合金表面制备铜镀层,利用扫描电子显微镜和能谱仪对其镀层形貌、成分、结合力、磨损形貌进行分析,并利用电化学方法和摩擦磨损试验研究其抗蚀性与耐磨性。结果表明:无氰化物镀铜技术在TC4钛合金表面电镀铜可获得表面均匀致密,结合力良好的镀层;TC4钛合金表面电镀铜后,摩擦因数由0.520降至0.381,可见钛合金表面铜镀层通过减摩作用能有效的改善和提高其耐摩擦磨损性能。TC4钛合金镀铜和未镀铜表面均存在钝化区,两者维钝电流密度分别为1×10-2 A/cm2和4×10-5 A/cm2,均有较好的抗腐蚀性能,TC4钛合金镀铜后的表面抗腐蚀性能较基体有所降低。     

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。     

钛合金微弧氧化生物膜制备与性能研究

综合国内外钛合金微弧氧化生物膜制备的方法,主要阐述了电参数与电解液对钛合金微弧氧化生物膜结构以及性能的影响机制.脉冲电源下,电流对膜层的制备具有良好的调整作用,且得到的膜层厚度显著增大.膜层厚度随氧化电压的升高而增加时,膜层表面颜色与腐蚀电位也发生变化.增加脉宽,降低频率时,单脉冲放电能量随之增加,微弧氧化成膜速率显著...     

Mg-9.95Li合金表面致密铈转化膜制备及耐蚀性研究

在硝酸铈(Ce(NO_3)_3)转化液中同时加入H_2O_2和柠檬酸,利用化学转化法在Mg-9.95Li合金表面获得致密铈转化膜。采用X射线光电子能谱(XPS)和扫描电子显微镜(SEM)表征了致密铈转化膜的成分与形貌,采用电化学阻抗谱、极化曲线和开路电位测试了转化膜的防腐蚀性能。结果表明,转化膜主要由柠檬酸交联的CeO_2和Ce(OH)_4组成,形成的转化膜更加致密均匀,转化膜的阻抗可以达到104?·cm~2;腐蚀电流密度为8.86×10~(-6) A·cm~(-2),较Mg-9.95Li合金降低了2个数量级,转化膜对Mg-9.95Li合金具有良好的耐蚀防护性能。     

钛合金表面激光熔覆涂层的研究进展

激光熔覆是钛合金表面改性的重要技术手段之一,已成为当前研究热点。综述了国内外关于钛合金表面激光熔覆抗高温耐氧化、耐腐蚀、耐磨损和生物陶瓷等涂层的熔覆材料、熔覆层相组成和强化机理等的研究现状。其中,抗高温耐氧化涂层主要由于TiO_2、Al_2O_3等相的隔氧作用,提高了钛合金在高温下的抗氧化性;耐腐蚀涂层主要由于Ti N和Ti2Ni等相的固溶强化及细小针状马氏体α’等的细晶强化,提高了其耐腐蚀性;耐磨损涂层主要由于Ti C、Ti B、Ti B2等相的弥散强化作用,提高了涂层的耐磨性;生物陶瓷涂层由于HA、Ca O等相的存在,增强了钛合金的生物相容性。其次,阐述了由于熔覆材料与基材的热物性差异、试样预处理不当和工艺调控不当等因素引起的未熔颗粒、球化效应、裂纹、气孔和夹杂等主要缺陷,以及调控激光功率、扫描速度等工艺参数,预热基体材料,通入保护气体和加入适当成分添加剂等控制和改善相关缺陷的措施。最后,展望了钛合金表面激光熔覆涂层和技术的发展方向。     

苛刻环境中钛合金石油管材的抗腐蚀性能研究

通过高温高压腐蚀速率和应力腐蚀开裂(SCC)性能评价试验,辅以原位电化学测试分析,研究TC4钛合金石油管材在苛刻CO_2环境中的腐蚀行为和耐蚀机理。结果表明:TC4钛合金在高温高压CO_2腐蚀环境中具有极其优越的抗均匀腐蚀、局部腐蚀和SCC性能,在高达220℃的温度条件下均匀腐蚀速率仅为0.0012 mm/a。TC4钛合金在CO_2环境中的阳极极化曲线均有明显钝化区,腐蚀反应为阳极过程控制;随温度升高,TC4钛合金的自腐蚀电位降低,极化电阻减小,电化学腐蚀的热力学驱动力增大,而动力学阻滞性能减弱,腐蚀速率增大;但在高温CO_2腐蚀环境中,TC4钛合金的保护电位和点蚀电位较高,仍具有良好的钝化和再钝化能力,其在180℃时的极化电阻高达2328.2?·cm~2,具有良好的抗CO_2腐蚀性能。     

TiO2纳米粒子对铝锂合金微弧氧化膜结构及性能的影响

为改善微弧氧化膜层的耐蚀性及力学性能,向电解液中添加TiO₂纳米粒子后对2297铝锂合金进行了微弧氧化。利用SEM、XRD、EDS、辉光放电表征技术及电化学测试技术,分析了TiO₂纳米粒子对微弧氧化膜结构、力学性能及耐蚀性的影响。结果表明：添加TiO₂纳米粒子后,微弧氧化膜层变得平坦致密。随着TiO₂纳米粒子添加量的提高,膜层表面放电通道的孔径逐渐减小,数量逐渐增多。TiO₂纳米粒子会抑制熔融Al₂O₃与电解液中$ {\rm{SiO}}_{\rm{3}}^{{\rm{2 ^- }}}$的接触,所以膜层中Si元素的含量随TiO₂纳米粒子添加量的增加而逐渐下降(原子数分数从初始的10.27%下降到了3.10%)。显微硬度测试结果表明,TiO₂纳米粒子的引入增加了膜层的致密度及平整度,所以膜层的硬度得到了提升(添加1 g/L TiO₂纳米粒子后硬度提高了15%)。电化学测试结果显示,当微弧氧化的其它条件相同时,TiO₂纳米粒子的适量添加会提升膜层的耐蚀性,但过量添加时,由于膜层放电通道数量的增多等原因,其耐蚀性下降。     

粉末冶金高性能双态组织钛合金的制备

采用氢化脱氢粉末,低温真空烧结法制备了相对密度为99%的粉末冶金Ti6Al4V合金。为了消除气孔并控制微观结构形态,对其进行了锻造。结果表明,锻造试样的显微组织为具有长板条初生α和α+β片层组织的双态结构。锻造后试样可以实现抗拉强度1176 MPa,屈服强度1100 MPa,延伸率18.2%,同时具有良好的低周疲劳寿命。为了探索良好疲劳性能的原因,进行了原位疲劳观察试验。通过对裂纹扩展情况的观察,发现疲劳裂纹扩展可分为2个阶段：稳定阶段和加速阶段。致密组织减少了疲劳源在样品内部的产生。同时双态组织中的的长板条状初生α结构有效地阻止了稳态扩展阶段的疲劳裂纹扩展,从而延长了疲劳寿命。因此,双态结构表现出优异的综合力学性能。