铝合金超疏水表面的制备及耐腐蚀稳定性研究

作     者：巩奥 

作者单位：南京航空航天大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郑勇

授予年度：2021年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：铝合金 超疏水涂层 化学刻蚀法 喷涂法 耐腐蚀性能 

摘      要：针对化学刻蚀法在铝合金基体上制备超疏水表面时刻蚀时间难以控制以及现有铝合金超疏水涂层难以满足长期在海洋大气环境下使用要求的问题,本文对化学刻蚀法制备铝合金超疏水表面过程中刻蚀剂成分和刻蚀工艺进行了研究与改进,并且还制备了一种可以应用于海洋大气环境下的新型铝合金超疏水涂层。本文通过中性盐雾腐蚀加速试验,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、接触角度测量仪、粗糙度测试仪,傅里叶变换红外光谱(FT-IR),电化学测试技术,系统的研究了刻蚀剂成分和刻蚀时间对铝合金超疏水表面性能和微观形貌的影响,不同白色含氟聚氨酯涂料的添加量对铝合金超疏水涂层性能和微观形貌的影响,以及铝合金超疏水涂层在海洋大气环境下的耐腐蚀稳定性。(1)研究了化学刻蚀法中刻蚀剂成分和刻蚀时间对铝合金超疏水表面疏水性能和微观形貌的影响。结果发现:采用2 mol/L盐酸+2 mol/L过氧化氢+0.08 mol/L草酸作为刻蚀剂对铝合金进行刻蚀时,刻蚀时间更加可控,刻蚀后所得阶梯状微纳米结构均匀一致。在刻蚀2 h时,铝合金超疏水表面获得最优的疏水性能,接触角达到159.1°,滚动角为3°。同时,铝合金超疏水表面还展示出令人满意的机械稳定性能,优异的自清洁性能和耐腐蚀性能。电化学测试结果表明:经过20 d的3.5 wt.%NaCl溶液浸泡后,铝合金超疏水表面的腐蚀电流密度为4.62×10A·cm,与铝合金的腐蚀电流密度相比降低了2个数量级;|Z|值为3.0×10Ω·cm,比铝合金的|Z|值(～10Ω·cm)提高了2个数量级。(2)以改性二氧化硅纳米粒子,环氧树脂胶粘剂,氟硅清漆和白色含氟聚氨酯涂料为原料,采用喷涂法在铝合金表面制备了超疏水涂层。研究了不同含量的白色含氟聚氨酯涂料的添加对铝合金超疏水涂层的疏水性能和微观形貌的影响。结果表明:当白色含氟聚氨酯涂料的添加量为0.2 g时,超疏水涂层获得最优的疏水性能和均匀分布的交联网状结构和微纳米突起结构。超疏水涂层的接触角度达到161.35°,滚动角为2°。铝合金超疏水涂层还展现出优异的机械稳定性能,自清洁性能和耐腐蚀性能。电化学测试结果表明:经过20 d的3.5 wt.%NaCl溶液浸泡后,铝合金超疏水涂层的腐蚀电流密度为4.05×10 A·cm,腐蚀电位为-0.51 V,|Z|值大约为3.2×10Ω·cm。(3)采用中性盐雾腐蚀加速实验来模拟海洋大气环境,研究了铝合金超疏水涂层在海洋大气环境下的耐腐蚀稳定性。结果表明:随着盐雾腐蚀时间的延长,铝合金超疏水涂层的交联网状结构和微纳米突起结构逐渐被破坏,耐腐蚀性能逐渐降低。当中性盐雾腐蚀加速实验进行到70 d时,铝合金超疏水涂层的腐蚀电流密度为4.62×10 A·cm,与未处理的铝合金的腐蚀电流密度相比降低了2个数量级,超疏水涂层对铝合金基体仍然具有较好的腐蚀保护效果。