基于梯度复合化学镀的铝基超疏水表面制备及性能研究

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铝及其合金在各行各业的广泛应用得益于其具有一系列优越的性能,然而两性铝元素的化学活性较高,在酸、碱性环境下容易发生化学反应而导致其被腐蚀破坏。启发于大自然的超疏水技术则能够有效阻挡腐蚀液体的浸入,起到保护基体、延缓腐蚀的作用。同时超疏水技术兼具了防结冰、减磨擦、自清洁等诸多优点,因而在航天军工、管道运输、房屋建筑等领域有着巨大的应用前景。因此,研究铝的超疏水表面制备技术,对于延长铝制品的使用寿命、拓展铝材的应用领域具有重要意义。本文以6063铝合金为研究对象,基于梯度复合化学镀和低表面能物质修饰复合技术,在铝合金表面成功制备了外观形貌均匀、耐蚀性优异且与基体结合紧密的超疏水性复合镀层,并对制备工艺及典型试样的性能进行研究分析。论文的主要研究工作及结果如下:(1)酸性Ni-Cu-P化学镀镀液辅助络合剂筛选及配方优化。以镀液稳定性、镀层孔隙率、镀速、镀层结合力为技术指标,探究了三种辅助络合剂对Ni-Cu-P化学镀施镀效果的影响并确定最终添加剂。基于镀液有效成分筛选结果,系统考察了镀液各组分对施镀效果的影响,确定了最佳镀液配方及施镀参数如下:Na H2PO2·H2O 22.5g/L,Ni SO4·6H2O 30g/L,Cu SO4 1g/L,CH3COONa 30g/L,C6H5Na3O7·2H2O 20g/L,络合剂A3.5g/L;镀液初始p H=6,施镀温度T=80℃,施镀时间t=1.5h。(2)Ni-Cu-P/Cu-Ni-P梯度复合化学镀/硬脂酸修饰复合技术制备疏水表面研究。采用活化和偶接工艺分别在Ni-Cu-P镀层上实施梯度化学镀铜,利用硬脂酸对复合表面进行修饰,以镀层外观及表面疏水性为评价指标,研究了梯度化学镀工艺、镀液成分及施镀参数对梯度施镀效果的影响规律。结果表明,利用偶接镁合金可以实现金属铜在Ni-Cu-P镀层上的持续沉积,可制备具有特殊结构的铜层。且复合镀层经硬脂酸修饰后,镀层表面可接近达到超疏水效果。(3)硬脂酸修饰对铝合金梯度复合镀层表面疏水效果的影响规律研究。以复合镀层表面静态接触角及滚动角为筛选指标,考察了硬脂酸浓度、浸泡温度及处理时间对复合镀层表面疏水效果的影响规律,确定了最佳疏水工艺处理参数:硬脂酸浓度为7.5g/L,溶液温度为50℃,处理时间为1h。最优处理工艺下的复合镀层表面静态接触角达155.8±1°,滚动角低至1.5°。(4)典型试样的微观结构、表面成分分析及耐蚀性测试。SEM观察结果显示:复合镀层表面由微米级锥状物、微米级团簇状突起及生长在突起上的纳米级颗粒物构成。EDS及XRD测试结果表明:复合镀层为含磷量很低的铜镍合金。FT-IR表征结果显示:复合镀层经修饰后,硬脂酸的疏水烷基长链已成功作用于复合镀层之Cu外层表面。全浸腐蚀试验及电化学测试结果表明:基于Ni-Cu-P/Cu-Ni-P梯度复合镀的超疏水表面改性技术可以显著改善基体铝合金的耐蚀性,腐蚀速率较基体下降了90%,腐蚀电流密度降低了2个数量级。
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