铜_镁合金基体上超疏水表面的制备及其防腐蚀性能研究

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1、硕士学位论文铜/镁合金基体上超疏水表面的制备及其防腐蚀性能研究作者姓名熊静文工程领域化工过程机械校内指导教师胡小芳教授所在学院机械与汽车工程学院论文提交日期2018年4月PreparationandCorrosionResistanceofSuperhydrophobicSurfacesonCopper/MagnesiumAlloySubstratesADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：XiongJingwenSupervisor：Prof.HuXiaofangSouthChinaUniversityo

2、fTechnologyGuangzhou,China分类号：TB34学校代号：10561学号：201520101943华南理工大学硕士学位论文铜/镁合金基体上超疏水表面的制备及其防腐蚀性能研究作者姓名：熊静文指导教师姓名、职称：胡小芳教授申请学位级别：工学硕士工程领域名称：化工过程机械论文形式：□产品研发□工程设计□√应用研究□工程/项目管理□调研报告研究方向：金属表面处理论文提交日期：2018年4月15日论文答辩日期：2018年5月29日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：陈国华(教授)委员：胡小芳(教授)闫军威(教授)冯毅(副教授)周

3、璇(副研究员)摘要超疏水表面由于其特殊的功能特性和潜在的应用价值，在基础研究和工业应用领域引起了研究者强烈的关注。近年来，受自然界中具有超疏水特性的动植物的启发，科学研究工作者们已经探究出众多超疏水表面的制备方法。然而，现已报道的方法大多依赖于昂贵精密的实验设备和复杂的化学试剂，制备过程复杂。因此亟需进一步探索工艺简单、成本低、环境友好同时可应用于大规模生产的制备方法。本文采用操作简单、工艺周期短、经济环保的制备方法成功的在铜基体或者镁合金基体制备出三种化学组成不同且性能良好的超疏水表面，并对其表面形貌、化学组成、润湿性进行了表征，同时测试了所制备样品的耐腐蚀性及化学稳

4、定性。实验测试结果和分析显示采用这些方法在金属表面制备的超疏水涂层能有效改善金属性能并有利于进一步扩大其应用领域。主要研究内容和结果如下：(1)利用电火花线切割技术结合绿色无毒、低成本的低表面能物质成功的在铜基体表面制备了化学稳定性良好的超疏水表面。通过控制加工过程中的工艺参数可以调控基体表面形貌，电火花线切割加工后基体表面为沟槽结构，经过低表面能物质修饰后，与水的接触角最高可达154°，在3.5wt.%NaCl溶液中极化测试表明，相比未经处理的铜基体表面，腐蚀电流密度降低了2个数量级，说明超疏水涂层有效改善了铜基体的耐腐蚀性能。此外，经测试超疏水表面具有良好的化学稳定

5、性。该方法制备工艺简单，过程无毒安全，生产高效，并且可应用于其它金属材料超疏水表面的制备。(2)采用水热法在镁合金表面制备了超疏水表面，首先利用水和乙醇的混合溶液作为刻蚀液在镁合金表面制备微纳米结构的粗糙表面，然后用硬脂酸溶液降低表面自由能，制备得到的超疏水表面接触角高达155°。这种制备方法使用的化学试剂或药品仅为乙醇、硬脂酸、水，制备过程使用的仪器为恒温烘箱，制备时间短、经济且环境友好。超疏水表面在3.5wt.%NaCl溶液中的极化测试表明，超疏水表面的自腐蚀电位提高了1547mV，腐蚀电流密度降低了2个数量级，说明镁合金表面的耐腐蚀性能显著提高。同时，超疏水表面还

6、具有良好的化学稳定性。(3)采用化学溶液法在镁合金表面制备了磷酸盐/脂肪酸盐超疏水涂层。该方法可以降低镁合金的腐蚀速率，可应用于生物材料领域。制备的超疏水涂层的微观形貌为微纳I米级别的羟基磷灰石片状结构分级粗糙结构。经硬脂酸修饰后，与水滴的接触角为154.5°，表明已具备超疏水特性。在3.5wt.%NaCl溶液中的极化测试，结果表明超疏水表面的腐蚀电位提高了139mV，腐蚀电流密度降低了2个数量级，表明镁合金的耐腐蚀性能得到明显改善。这种快速、简单、低成本、安全环保的制备方法可以进一步拓展镁合金的应用领域。关键词：镁合金；铜基体；超疏水；耐腐蚀性能；稳定性IIAbstr

7、actSuperhydrophobicsurfacehaveattractedtremendousinterestinbothfundamentalresearchandindustrialapplicationduetotheirspecialfunctionsandpotentialapplication.Inrecentyears,superhydrophobicsurfaceshavebeensuccessfullypreparedinspiredbythesuperhydrophobicstructuresofanimalsan