一步电化学改性法制备超疏水性CuO/CuSA2和Ni(OH)2/NiSA2层及其腐蚀行为研究

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近年来,具有特殊润湿性的超疏水表面材料因其具有理论研究价值及广阔的应用前景,得到了许多科研工作者的关注。固体表面的超疏水性能由表面微观结构和表面自由能共同决定。通常情况下,制备超疏水表面需要两步:即提高固体表面粗糙度和降低表面自由能。本研究成功地应用一步电化学改性法,在铝合金表面分别制备了两种类型的超疏水性层,它们对提高铝合金的耐腐蚀性能具有重要意义。本文对其制备方法和耐腐蚀性能进行了系统研究,主要结果如下:1.铝合金表面超疏水性CuO/CuSA2层的制备将铝合金薄片放置于三水合硝酸铜和硬脂酸的乙醇溶液中,施加直流电压,在阴极铝合金薄片上可形成纳米尺寸玫瑰花瓣状的低表面能CuSA2和多层次微-纳米葡萄状团簇结构的CuO。溶液中Cu2+/SA摩尔比、改性时间和直流电压是制备超疏水性CuO/CuSA2层的重要参数。实验显示可以获得超疏水CuO/CuSA2层的参数范围分别是:当电压为10 V,改性时间为10min,溶液中Cu2+/SA摩尔比在0.1-1.6之间;当电压为10 V,Cu2+/SA摩尔比为0.5时,改性时间在3-20 min范围内;Cu2+/SA摩尔比为0.5,改性时间为10 min时,直流电压在4-25 V范围内。在上述参数范围中,最优化条件下(溶液中Cu2+/SA摩尔比为0.5,施加10 V直流电压,电化学改性10min)得到性能最优的超疏水性CuO/CuSA2层,其表面粗糙度和静态接触角高达3.61 μm和162°,而接触角滞后降低至1.52°。2.铝合金表面超疏水性CuO/CuSA2层的腐蚀行为研究电极测试和电化学阻抗方法研究表明采用上述条件获得的超疏水性层/铝合金体系在3.0 wt.%NaCl溶液中的耐腐蚀性能有大幅度的提高。其中采用最优化参数制备的超疏水性CuO/CuSA2层极化电阻是铝合金基体的66倍,而电荷转移电阻值从1.56kΩ·cm2(铝合金)急剧增加到1.13×103kΩ·cm2。3.铝合金表面超疏水性Ni(OH)2/NiSA2层的制备以六水合硝酸镍和硬脂酸的乙醇溶液为改性溶液,在铝合金表面可以制备出低表面能微-纳米花菜状团簇Ni(OH)2/NiSA2层,使铝合金表面由亲水性向超疏水性转化。溶液中Nj2+/SA摩尔比、改性时间和直流电压对制备样品的微观形貌和润湿行为有重要影响。在最优化条件下(即溶液中Ni2+/SA摩尔比为0.4,直流电压为20 V,改性时间为10min)得到覆盖有超疏水性Ni(OH)2/NiSA2层的铝合金样品,与水的静态接触角高达160°,接触角滞后为2.1°。4.铝合金表面超疏水性Ni(OH)2/NiSA2层的腐蚀行为研究在3.5 wt.%和3.0 wt.%NaCl溶液的腐蚀环境中,覆盖有超疏水性Ni(OH)2/NiSA2层铝合金的耐腐蚀性能大幅度提高。其中采用上述优化参数下所制备的超疏水性Ni(OH)2/NiSA2层,电化学腐蚀后,其极化电阻是铝合金基体极化电阻的280倍,而电荷转移电阻提高到1.63 × 104 kΩ·cm2。
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