电刷镀流镀法制备铜基底超疏水表面

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超疏水表面是指水滴接触角大于150°的表面,在铜基底上制备综合性能良好的超疏水表面具有重要意义。针对现有的铜基底超疏水表面的制备方法中存在的制备过程复杂和机械性能差等问题,论文提出采用电刷镀流镀法在紫铜表面制备含有纳米颗粒的超疏水复合镀层。主要工作有:针对传统电刷镀工艺石墨电极易损坏等问题进行改进,建立了制备超疏水表面用的电刷镀流镀试验装置,该装置可使加工电压大幅降低,简化加工工艺,提高加工效率。借助改进后的电刷镀流镀试验装置,在紫铜表面制备出超疏水性能良好的Ni/SiO2复合镀层和Ni/Al2O3复合镀层,研究了主要工艺参数对复合镀层接触角和滚动角的影响规律,在刷镀电压12V、刷镀时间4分钟这一较优工艺参数下,获得的Ni/SiO2复合镀层接触角达165°,滚动角为4.3°;获得的Ni/Al2O3复合镀层接触角达162°,接触角为5.5°。对超疏水复合镀层的润湿性模型进行分析和计算,证明了水滴与该镀层表面的接触更符合Cassie模型,水滴不陷入镀层表面的微纳米结构当中,滚动时受到的阻力很小,镀层滚动角也较小。分析了电刷镀流镀的加工电压和时间对Ni/SiO2复合镀层和Ni/Al2O3复合镀层表面微观形貌及润湿性的影响规律,发现复合镀层表面存在大量晶粒簇构成的微米级乳突和凹坑结构,乳突结构上镶嵌有纳米颗粒,这种微纳米双重粗糙结构是复合镀层具有超疏水性的基础;具备这种二元微纳米复合结构的镀层经低表面能氟化处理后,即可得到超疏水表面。对复合镀层的综合性能进行测试,证明两种复合镀层的显微硬度比紫铜基底均有显著提高,改善了紫铜基底的表面硬度差的问题;所得镀层的稳定性和耐磨性较好,具有很好的自清洁能力;复合镀层与紫铜基底的结合强度较高,机械性能良好,具有较好的综合性能。
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