铝合金表面多尺度仿生超疏水多功能表面的制备及机理研究

发布时间：2017-05-19 05:03

  本文关键词：铝合金表面多尺度仿生超疏水多功能表面的制备及机理研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：自然界中的许多生物表面都具有超疏水特征，同时，其表面具有一些特殊性质，如自洁、防污、防结冰、润滑、减阻减摩、高黏附、耐腐蚀等特性，在建筑、纺织、航空、通讯等领域都具有十分广阔的应用及发展前景。而铝及其合金作为地壳中含量最多的金属元素，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业等领域有广泛的应用。受自然界启发，人们在金属基体上制备具有超疏水性的表面，而对于工业中广泛使用的铝合金，制备具有超疏水性的功能性表面具有重要的科学意义与工业价值。本文选用3005铝合金为基体，通过激光加工法、激光加工结合化学刻蚀法与阳极氧化法三种方法制备了铝合金超疏水性表面，，系统总结了激光加工表面、化学刻蚀表面，阳极氧化表面的结构特征，分析了形态、结构、材料的影响机制，揭示了润湿性、耐腐蚀性、稳定性功能机理。 本文首先对亲水性、疏水性、超疏水性植物表面形貌，进行了扫描电子显微镜观察分析，并系统总结了植物表面结构、材料与自清洁及高黏附等的作用机理，提取超疏水性植物表面微观结构为生物模板，进而在铝合金基体上制备了具有超疏水性、高黏附性、耐腐蚀性的多功能表面。 采用激光加工法在铝合金表面加工出微米级的弹坑，随后在DTS溶液中修饰，成功制备了具有超疏水性的铝合金表面，表面接触角高达156.8°±2°。随后还进一步采用激光加工为前处理工艺，结合在硝酸铜和硝酸混合溶液中进行化学刻蚀，随后在DTS溶液中修饰，制备了由微米尺度的弹坑状结构及纳米尺寸的网状结构组成的双层微纳米结构的超疏水性铝合金表面，表面接触角高达156.5°±2°。制备出的铝合金样品表面具有仿玫瑰花瓣表面结构，并且表面是具有高黏附性的超疏水表面。用pH为2-14的液滴在铝合金超疏水表面仍呈现接触角高于150°的超疏水性，在液滴pH为1时的接触角也达到146.5°±2°，这些表明制备表面具有良好的稳定性。通过在3.5wt%的NaCl溶液中的腐蚀试验，结果表明制备的超疏水铝合金表面的耐腐蚀性比未加工的铝合金相比有明显的提高。 采用电镀电源在阳极铝合金基体上进行阳极氧化，在阳极铝合金基体上一步法成功制备出了具有低表面能的多孔超疏水表面。表面接触角高达171.9°±2°，滑动角仅为6.2°±1°。电解时间120min，电源电压20V为制备阳极铝合金超疏水表面的最佳实验条件。通过扫描电子显微镜观察以及光电子能谱分析，得到铝合金表面的超疏水性是由微观结构和化学成分共同决定。在3.5wt%NaCl溶液中的腐蚀试验结果表明，铝合金超疏水样品表面与裸露的铝合金表面相比具有更好的耐腐蚀性。制备的超疏水铝合金表面在空气中暴露大于3个月后，接触角均无明显变化，表明这些方法制备的表面具有良好的稳定性。
【关键词】：铝合金 仿生 激光加工 化学刻蚀 阳极氧化 润湿性能 耐腐蚀性 耐久性
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TG178
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 目录8-11
• 第1章 绪论11-25
• 1.1 选题背景与意义11-12
• 1.2 铝合金基体上超疏水表面制备的研究现状12-17
• 1.2.1 化学刻蚀法12-13
• 1.2.2 阳极氧化法13-14
• 1.2.3 电镀法14
• 1.2.4 溶胶-凝胶法14-15
• 1.2.5 分子自组装涂层法15-16
• 1.2.6 电解加工法16-17
• 1.2.7 静电纺丝法17
• 1.3 仿生表面的研究现状17-24
• 1.3.1 生物功能性表面的研究现状18
• 1.3.2 仿生超疏水性表面的研究现状18-24
• 1.4 主要研究内容24-25
• 第2章 试验材料、工艺及研究方法25-39
• 2.1 试验材料25
• 2.2 试验试剂25
• 2.3 试验仪器25-31
• 2.4 试验过程31-34
• 2.4.1 植物表面微观形貌的观察31
• 2.4.2 激光加工仿生疏水表面的制备31-32
• 2.4.3 结合化学刻蚀的仿生疏水表面的制备32-33
• 2.4.4 阳极氧化法制备疏水表面33-34
• 2.5 研究方法34-37
• 2.5.1 微观形貌观察及成分分析34-36
• 2.5.2 化学成分分析36
• 2.5.3 润湿性能测试36
• 2.5.4 耐腐蚀性分析36-37
• 2.6 本章小结37-39
• 第3章 典型植物表面微观形貌观察及研究39-49
• 3.1 润湿模型分析39-42
• 3.1.1 Young 氏方程39-40
• 3.1.2 Wenzel 模型40
• 3.1.3 Cassie-Baxter 模型40-42
• 3.2 亲水性植物及其表面42-43
• 3.3 疏水性植物及其表面43-44
• 3.4 超疏水性植物及其表面44-46
• 3.5 本章小结46-49
• 第4章 激光加工及化学刻蚀法制备铝合金超疏水表面49-61
• 4.1 激光加工法制备超疏水表面的结构与润湿性分析49-52
• 4.1.1 激光加工表面的微观形貌49-50
• 4.1.2 激光加工表面的润湿性50-52
• 4.2 激光加工结合化学刻蚀法制备超疏水表面形貌分析52-53
• 4.3 铝合金表面超疏水薄膜性能分析53-60
• 4.3.1 超疏水薄膜的化学成分分析53-55
• 4.3.2 具有高黏附性的超疏水薄膜55-57
• 4.3.3 超疏水薄膜的耐腐蚀性57-58
• 4.3.4 超疏水铝合金的稳定性58-60
• 4.4 本章小结60-61
• 第5章 阳极氧化法制备铝合金超疏水表面61-71
• 5.1 超疏水表面的微观形貌62-64
• 5.1.1 电解时间对表面形貌的影响62-63
• 5.1.2 电源电压对表面形貌的影响63-64
• 5.2 超疏水薄膜化学成分分析64-66
• 5.3 铝合金超疏水表面润湿性分析66-68
• 5.3.1 电解时间对润湿性的影响66-67
• 5.3.2 电源电压对润湿性的影响67-68
• 5.4 超疏水薄膜的耐腐蚀性68-69
• 5.5 本章小结69-71
• 第6章 结论71-73
• 参考文献73-81
• 导师简介81-83
• 作者简介83-85
• 致谢85

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：377784