李媛[1]2004年在《碳钢表面纳米SiO_2薄膜的制备及性能研究》文中研究指明本工作是“十五”国家科技攻关项目的一部分,目的是研究利用分子自组装技术在金属表面制备具有防腐蚀功能的纳米膜的可能性。以改性有机硅树脂为原料,采用分子自组装法, 首次在碳钢表面设计、合成了一类新型高度有序自组装体系——有机硅氧烷类自组装单分子膜(SAMs),并探索了该体系在金属腐蚀防护中的使用性能。分子自组装工艺的研究表明,成膜过程中的浸渍温度和浸渍时间对薄膜结构影响不大,而提拉速度、风干时间、稀释剂浓度与种类对薄膜结构与性能有较大影响。提拉速度较大时,制得薄膜的厚度较为均一,耐蚀性较好。汽油作为稀释剂要优于煤油。热处理工艺,尤其是热处理最高温度和升温速度对薄膜结构有较大的影响。热处理最高温度为350℃,升温速度为1℃/min时,所得薄膜保护效果最好。采用X射线能谱仪(EDS)和X光电子能谱(XPS)对薄膜的分析结果指出,所制备的自组装单分子薄膜的化学成分主要是Si、O、C叁种元素,Si元素与O元素的平均原子百分比为1:2,且不同区域各元素分布比较均匀。薄膜中Si元素的化学结合方式为SiO2状态。角分辨X光电子能谱(angular-dependent XPS)分析薄膜表层元素的空间分布的结果表明,Si、O交替以Si-O-Si键结合而形成二维空间网络薄膜。扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)分析结果示出,薄膜表面是由椭球形的SiO2颗粒紧密排列而成,平均颗粒度20nm,薄膜形貌为规则的条纹状。采用动电位扫描法对成膜碳钢试样测试的阳极极化曲线显示,碳钢在腐蚀介质中处于钝化状态。浸渍试验结果说明,所制备的薄膜对碳钢基体具有优异的保护性能。
颜东洲[2]2003年在《纳米SiO_2薄膜的制备及性能研究》文中研究说明首次在碳钢基底上制备了纳米SiO2薄膜,并以水玻璃溶液为原料,首次采用可溶性硅酸盐型液相沉积法在基材表面制备纳米薄膜。在试验过程中,分析了薄膜制备过程中各种条件对所得SiO2薄膜的影响。X射线光电子能谱分析表明所得薄膜成分为SiO2;扫描俄歇微探针测得制得的一次沉积薄膜的厚度为20nm,且薄膜与碳钢基材之间存在扩散层,扩散层厚度大于60nm;原子力显微镜分析表明薄膜由紧密排列的SiO2颗粒构成,优化条件下所得薄膜中SiO2颗粒呈椭球状,颗粒尺寸为30nm左右;所得液相沉积纳米SiO2薄膜对碳钢基底具有一定的保护作用。通过对薄膜的深度剖析,结合所采用成膜溶液的性质,对以水玻璃溶液为原料在碳钢表面采用液相沉积法制备纳米SiO2薄膜的机理和成膜过程进行了探讨。
张雪芬[3]2017年在《基于sol-gel电化学技术的超疏水表面及其在金属防护中的应用》文中研究表明润湿性是材料表面的重要性能之一,取决于材料表面的微纳结构以及表面自由能的大小。超疏水表面是一种与水滴接触角大于150°且滚动角小于10°的特殊材料表面。在自然界中,超疏水现象无处不在,如荷叶"出淤泥而不染"、水黾在水面上可以自由驰骋等。深入研究荷叶结构发现,在微观结构上,荷叶表面由微米级的乳突构成,同时乳突上还有很多树枝状的纳米结构,这些微纳米结构表面均由低表面能的生物蜡所覆盖。受荷叶结构启发,人们设计出两种超疏水表面的制备方法:一、将具有低表面能的物质表面粗糙化;二、采用低表面能物质修饰粗糙的材料表面。目前,人们已经开发出很多制备超疏水表面的方法,如水热法、刻蚀法、化学气相沉积法、电沉积法,静电纺丝法等。其中,电化学辅助沉积法以其可控性强、易于重复等特点而被广泛地应用在电分析、传感器、金属腐蚀防护、超疏水薄膜制备等领域。本论文利用电化学辅助沉积技术在金属基体上构建超疏水表面,研究其对金属腐蚀防护功能;利用超疏水粗糙多孔的结构作为缓蚀剂存储器构建具有主动防护功能的超疏水薄膜;通过采用低表面能聚合物交联修饰或者超疏水纳米颗粒填充的方法,改善电沉积超疏水溶胶-凝胶(sol-gel)薄膜的机械耐磨性能。本论文主要研究工作包括:(1)金属基体上电沉积超疏水sol-gel薄膜以及耐蚀性能研究。分别采用"一步"电沉积技术和"两步法"制备得到超疏水sol-gel薄膜,并采用接触角变化、铁离子溶出量和电化学阻抗谱(EIS)研究了超疏水薄膜的防护性能。研究表明,超疏水处理的基体,其耐蚀性能明显得到提高,相对于"一步法"而言,由于电沉积无机SiO2薄膜的刚性强,使得"两步法"制备所得超疏水薄膜的机械性能和热修复性能均略胜一筹。(2)构建具有主动防护功能的超疏水薄膜及其相关研究。利用电沉积sol-gel薄膜粗糙多孔的结构特点,将其作为缓蚀剂的载体构建具有主动防护功能的超疏水表面。针对无机、有机两种不同类型的缓蚀剂,采用了两种不同的缓蚀剂包裹方法。对于不溶于后续低表面能物质中的无机铈盐缓蚀剂,采用分步制备的方法,即先吸附无机缓蚀剂后修饰以低表面能物质,得到含有铈盐的超疏水薄膜;对于易溶于低表面能物质溶液中的有机缓蚀剂苯并叁氮唑(BTA),则采用在前驱体溶液中加入缓蚀剂,通过一步电沉积的方法制备含有缓蚀剂的复合超疏水薄膜,BTA释放动力学曲线测试结果表明,金属腐蚀所引起的局部pH的变化可以有效地引发缓蚀剂的释放。研究结果表明:无机/有机缓蚀剂的加入可以进一步降低金属的腐蚀速率,提高基体的耐蚀性能。(3)利用聚合物PDMS修饰或超疏水二氧化硅纳米颗粒填充的方法构建耐磨超疏水表面。采用PDMS作为修饰剂时,PDMS用量的过少时,薄膜的疏水性和耐磨性均不佳,而过量的PDMS又会覆盖电沉积SiO2的粗糙结构。适量的PDMS可以在保证良好超疏水性的同时有效地交联电沉积Si02颗粒,减缓超疏水表面在摩擦过程中受到的机械损伤。采用电泳的方式将超疏水SiO2颗粒填充在整个电沉积SiO2的多孔骨架中,从而制备得到超疏水薄膜,该薄膜兼具电沉积Si02刚性结构和超疏水Si02颗粒的超疏水性。和(2)中"两步法"超疏水薄膜相比,上述两种超疏水表面的耐机械摩擦性得到明显提高。此外超疏水Si02纳米颗粒填充的超疏水薄膜还具有优异的热水性、耐高温性以及自清洁性。
刘艳华[4]2016年在《基于电沉积SiO_2薄膜中间层的主动防护涂装体系》文中研究说明表面涂覆层(涂层)是金属材料最常用的防护手段之一。现代涂层涂装体系由金属表面的化学转化层(预处理层)和其上涂覆的防护涂层组成。其中,预处理层不仅起到暂时性防护作用,还为涂层与基体提供良好的结合性能,在整个防护体系中起着至关重要的作用。传统预处理层磷酸盐转化或铬酸盐钝化处理因造成严重的环境问题而日益受到限制,而一些新型绿色预处理层技术虽然可以减少对环境的不良影响,但因其工艺时间较长(如稀土盐转化处理)、所得膜层较薄(如传统sol-gel技术)等因素限制它们的实际应用。相比之下,电沉积sol-gel薄膜预处理技术很好的解决了这些问题。主动防护涂装体系由于含有活性组分,具备被动防护涂层所没有的良好防护性能,即在涂层遭受破坏后,仍然可以对金属基体起到保护作用。主动防护性能主要是通过在涂装体系(预处理层、底漆层或表面涂层)中引入缓蚀剂来实现。目前,缓蚀剂引入主要侧重于利用微/纳存储器作载体,负载缓蚀剂后再掺入涂层中；而对预处理层作缓蚀剂存储器的报道则较少。本论文中,研究了电沉积二氧化硅(e-SiO_2)薄膜预处理层的防护机制；提出了以e-SiO_2预处理层作为缓蚀剂存储器构建主动防护涂装体系用于金属防护；提出了以不同有机硅烷复合修饰的e-SiO_2薄膜为预处理层构建主动防护涂装体系。本论文主要研究工作包括：(1)研究了电沉积二氧化硅薄膜预处理层的防护机制。采用EIS、SVET测试不同沉积时间下e-SiO_2薄膜的短期防护性能,提出了膜厚对短期防护性能的影响。指出当电沉积e-SiO_2薄膜保持完整时,其短期防护性能与薄膜厚度呈正相关关系；而当薄膜遭受破坏时,其短期防护性能则随着薄膜厚度的增加呈现先增强后下降的趋势。SVET测试结果显示适当的沉积条件制备的e-SiO_2薄膜具有一定的自修复性能。此外,利用其具有分层次的高粗糙且多孔的表面结构,用于缓蚀剂负载。湿热试验表明缓蚀剂的负载,提升了纯e-SiO_2薄膜的短期防护性能。(2) 以电沉积SiO_2中间层为缓蚀剂的存储器构建具有主动防护性能的涂装体系。利用e-SiO_2中间层分别负载了吸附膜型(聚乙烯吡咯烷酮,PVP)和沉淀膜型缓蚀剂(葡萄糖酸锌,ZnG),结合环氧树脂构建了新型具有主动防护性能的涂装体系并用于低碳钢的腐蚀防护。SEM表明缓蚀剂的负载并没有改变e-SiO_2薄膜粗糙多孔的形貌,EDX面能谱表明缓蚀剂在e-SiO_2中间层中分布均一,TG及元素分析测试表明了e-SiO_2中间层存储器负载缓释剂的能力与纳米存储器基本相当,拉伸实验表明了新型主动防护涂装体系具有良好的结合性能。缺陷涂层样品的加速腐蚀测试以及完整涂层样品的原位电化学测试均表明了新型主动防护涂装体系的腐蚀防护性能显着提高。相比于最近报道的基于涂层中掺杂纳米存储器的主动防护涂装体系,我们提出的新型主动防护涂装体系表现出了更好的耐蚀性能。(3)复合有机硅烷修饰的电沉积e-SiO_2薄膜中间层为预处理层构建主动防护涂装体系。利用电沉积e-SiO_2薄膜中间层为预处理层,以复合有机硅烷进行修饰,结合环氧树脂有机涂层,构建了新型防护涂装体系并用于低碳钢的腐蚀与防护。拉伸实验表明复合硅烷体系中GPTMS起到硅烷偶联剂的作用,提供了与后续涂层良好的结合性能；缺陷涂层的加速腐蚀测试表明了有机双硅烷BTSE则为涂装体系提供了更好的防护性能,从而提高涂装体系的整体耐蚀性能。完整涂层EIS、铁离子溶出、缺陷涂层EIS、中性盐雾实验以及原位微区SVET测试,均表明GPTMS、BTSE以体积比2：1的复合涂装体系具有更好的腐蚀防护性能,微区测试结果表明了该体系还具有一定的自修复性能。
伍廉奎[5]2014年在《电沉积Sol-gel技术及其在材料表面功能化中的应用》文中进行了进一步梳理硅烷sol-gel材料在金属腐蚀防护、光学及光催化材料、电分析和生物传感器等领域有着广泛应用。传统浸涂或旋涂法制备硅烷sol-gel薄膜过程中,受成膜动力学的限制,得到的薄膜较薄、可调控性差。基于阴极局部碱化促进硅烷sol-gel成膜的电沉积法的引入,有效地解决了这个问题。目前,电沉积硅烷sol-gel薄膜的研究主要侧重于电分析和生物传感器材料的制备。本论文中,研究了硅烷sol-gel薄膜电沉积过程中若干基础问题,在此基础上成功制备得到了具有梯度结构的sol-gel薄膜；提出采用一步电沉积技术制备金属锌掺杂的硅烷膜和硅烷掺杂的电泳漆涂层用于金属防护；提出以电沉积无机Si02为模板制备电催化活性提高的多孔薄膜材料；采用两步法或一步法实现了电沉积sol-gel薄膜的超疏水化,拓展了电沉积硅烷sol-gel薄膜的应用。本论文主要研究工作包括：(1)研究了电沉积sol-gel薄膜的若干基础问题。采用EQCM原位监测电沉积硅烷sol-gel薄膜成膜过程,提出了硅烷sol-gel成膜过程分为“诱导成膜期”——慢速生长期——快速生长期叁个步骤,其中“诱导成膜期”的长短取决于施加的电极电位。理论计算发现,不同电位下,薄膜开始形成时电极表面pH均在9.8左右,而薄膜的孔隙率随沉积电位负移而增大。气体吸脱附实验表明沉积电位越负,所得薄膜的比表面积越小,而荧光染料吸附试验表明,沉积电位越负,所得sol-gel薄膜的吸附能力越强。在此基础上,提出并实现了电沉积制备具有横向梯度结构的硅烷sol-gel薄膜。(2)硅烷电沉积在金属防护中的应用。主要包括两个方面：一、利用阴极电位下,前驱体中锌离子发生还原生成金属锌单质；同时,H2O、O2或N03-离子还原生成的OH-可提高阴极局部pH,促进硅烷成膜,从而实现一步电化学共沉积制备金属锌掺杂的硅烷膜。EIS、开路电位、湿热试验及铁离子溶出实验均表明,掺杂金属锌可提高硅烷膜的耐蚀性能,XPS确定了复合膜中锌以金属锌单质的形态存在。二、利用阳离子环氧树脂和硅烷均可在阴极电位下成膜的共同点,一步阴极电泳沉积构建硅烷掺杂的电泳漆“超级涂层”用于镀锌钢的腐蚀防护。EIS测试表明,掺杂少量硅烷(0.3wt.%BTSE或0.5wt.%MTMS)可显着提高电泳漆涂层的耐蚀性能,降低涂层的吸水率,提高涂层的机械性能和疏水性,FTIR测试表明掺杂的硅烷组分可在金属/涂层界面优先富集,起到提高涂层与基体结合力的作用。(3)电沉积SiO2模板技术在纳米多孔电极材料制备中的应用。首先,一步电沉积制备SiO2/Ni或SiO2/Co3O4复合膜,然后,在KOH溶液中经过循环伏安处理,得到多孔Ni或多孔Co3O4薄膜。SEM和TEM测试表明,以SiO2为模板制备的Ni或Co3O4薄膜多孔性增大,FTIR, EDX点能谱和面能谱证明碱液中循环伏安处理可有效去除复合膜中的SiO2组分,电化学测试(LSV和CV)表明采用该法制备的多孔Ni和多孔Co3O4薄膜电极用于超级电容器及碱性和中性环境下析氧阳极时电催化活性均显着提高。(4)电沉积超疏水sol-gel薄膜及其性能研究。主要包括两个方面：一、利用电沉积无机SiO2薄膜高度粗糙多孔的性质,结合长链烷基硅氧烷良好疏水性的特点,采用两步法制备得到了超疏水siO2薄膜。SEM图片和表面轮廓仪测试表明改变沉积时间和施加电位,可有效调控薄膜的厚度、粗糙度及疏水性。此外,还研究了基体和表面活性剂对超疏水SiO2薄膜的影响。二、一步电沉积制备超疏水有机硅烷sol-gel薄膜和无机-有机复合硅烷sol-gel薄膜。无机SiO2组分的引入可有效提高超疏水薄膜的热稳定性、酸碱稳定性和机械强度。
徐俊波[6]2018年在《若干缓蚀剂的负载方法及其在涂层防护中的应用》文中认为涂层技术是使用最广泛也是最有效的一种金属腐蚀防护手段。传统的防护涂层一般只能为金属提供单一的物理屏障作用。而负载缓蚀剂的涂层体系能提供额外的主动防护功能。缓蚀剂在防护层中的负载可分为直接掺杂与微纳存储器负载两种方法。利用存储器负载可减少直接掺杂缓蚀剂对防护层的破坏和缓蚀剂的泄露失效。本论文利用一步法水热法和电沉积法制备负载缓蚀剂的介孔SiO2纳米存储器,分别构建了具有主动防护功能的涂层和超疏水薄膜;以碱扩散催化法制备SiO2预处理层负载缓蚀剂,构建了主动防护涂装体系;研究了可作为缓蚀剂存储器的低碳钢粗糙表面预处理层在涂装体系中的应用。本论文的具体研究工作包括:(1)一步法制备负载缓蚀剂苯并叁氮唑(BTA)的介孔SiO2纳米存储器并将其掺入涂层构建具有主动防护功能的涂层。该一步法利用十六烷基叁甲基溴化铵(CTAB)模板疏水胶束溶解负载BTA,省去了额外的除模板和吸附负载等步骤,且未使用有机溶剂,简便高效环保。缓蚀剂BTA在该介孔SiO2纳米存储器中的溶出具有酸性响应特性。掺入涂层后,该纳米存储器能在金属表面因发生腐蚀反应而发生pH变化时,受刺激释放BTA抑制金属腐蚀。实验表明,掺杂了上述SiO2纳米存储器的醇酸涂层对铜基底具有良好的防腐蚀效果。(2)利用电沉积法以CTAB为模板在铝合金表面制备了负载BTA缓蚀剂的介孔SiO2超疏水薄膜,其腐蚀防护性能显着优于同类方法制得的SiO2超疏水薄膜。一方面,模板剂CTAB的加入促进了硅烷的缩聚沉积,为薄膜提供额外的多层次微纳粗糙结构,使其具有更优异的疏水性能。另一方面,该方法利用介孔SiO2纳米颗粒内的疏水胶束负载BTA,可实现pH响应释放。超疏水性能的提高与缓蚀剂的负载,使该SiO2超疏水薄膜显示出优异的腐蚀防护性能。(3)利用简单的碱扩散催化法在低碳钢表面制备了 SiO2薄膜并将其作为预处理层构建具有主动防护功能的涂装防护体系。低碳钢上吸附的碱能溶解扩散到溶液中催化硅烷缩聚形成SiO2薄膜。该法得到的SiO2薄膜厚度可达8 μm,具有多层次微纳粗糙多孔结构,可与涂层形成机械互锁结构,增强了金属与涂层的结合力。以该SiO2薄膜为预处理层负载葡萄糖酸锌缓蚀剂的涂装体系具有主动防护功能和优异的综合防腐性能。(4)利用稀硝酸的乙醇溶液刻蚀低碳钢表面,得到微米和亚微米尺度的粗糙结构。以该粗糙层作为预处理层涂覆后续涂层后,涂层渗入预处理层的凹坑孔洞中,两者形成机械“互锁“结构,增强了涂层与金属基底的结合力以及涂装体系的腐蚀防护性能。粗糙化预处理层的多孔结构具有负载缓蚀剂构建主动涂装防护体系的潜力。
周伟东[7]2012年在《地热水板式换热器微纳米涂层表面防腐防垢性能研究》文中研究指明地热水换热设备的结垢和腐蚀是地热利用过程中存在的两个突出问题，本文采用溶胶凝胶法对换热面进行表面改性，旨在解决结垢和腐蚀问题。在进行地热水开发利用前需要对其腐蚀和结垢特性进行初步研究和判断，为后续的工程研究开发提供基础指导。本文针对取自山西某两地的两种地热水，分别应用Larson指数和Langelier饱和指数，对其腐蚀和结垢趋势进行了分析计算，并提出了Langelier饱和指数新模型。然后分别在316不锈钢、紫铜和20#碳钢基底上进行了静态浸渍实验，并考察了两种地热水浓缩后的结垢状况。结果发现，A种地热水样为强腐蚀、微结垢型地热水，B种地热水样为更强腐蚀、严重结垢型地热水，新模型能准确预测两种地热水的结垢趋势。然后，研究了原料配比、提拉速度等镀膜工艺对溶胶和涂层性能的影响，采用优化工艺在20#碳钢和304不锈钢基底上制备了微纳米SiO_2、TiO_2及其疏水涂层，并对涂层的表面形貌和元素组成、表面粗糙度、涂层厚度、静态接触角及表面自由能进行了表征，通过静态浸渍实验考察了20#碳钢基底上SiO_2及其疏水涂层在3.5%NaCl溶液中的防腐蚀效果。结果表明，FPS掺杂不但可以消除SiO_2涂层表面产生的凹点等缺陷，而且可明显提高涂层的疏水性能，降低其表面自由能；磷化预处理可明显提高SiO_2涂层对碳钢基底的腐蚀防护性能，然而疏水处理过程中F元素的引入在一定程度上加速了20#碳钢基底的腐蚀，从而限制了其在地热系统中的应用，其对304不锈钢的影响有待进一步考察。最后，建立了一套板式换热实验装置，采用误差传递法对装置的稳定性和可靠性进行了分析，采用Wilson plot法对流体侧的对流换热系数进行了估算，确定了两侧流体的努赛尔准数关联式，采用模拟地热水为热流体，自来水为冷流体，对比考察了304不锈钢板片和TiO_2涂层表面的污垢热阻随时间的变化情况。结果发现，实验条件下装置的最大热平衡相对误差低于7%，总换热系数的不稳定性低于6%，且随着热负荷的增大而减小；Wilson plot曲线的线性相关性达到0.99以上，结合努赛尔准数关联式和总换热系数可进一步得到污垢热阻和污垢层的厚度；TiO_2涂层对304不锈钢板片的换热系数影响不大，经TiO_2涂层涂覆后，板片的污垢诱导期延长至14.3倍，渐近污垢热阻减小为7.9%，TiO_2涂层具有一定的防垢效果。
金小寒[8]2014年在《电沉积二氧化硅薄膜的硅烷修饰及其在有机涂层体系中的应用》文中进行了进一步梳理硅烷预处理工艺作为一类新型绿色预处理方法,由于其本身具有良好的性能,且制备过程环保节能,有望取代磷化、铬化等传统金属预处理工艺,正受到越来越广泛而深入的关注。近年来以电催化沉积法制备的硅烷sol-gel薄膜由于其灵活的可调控性和所得膜层的优良性能成为新的研究热点。本课题组在之前的工作中提出以电催化沉积的无机二氧化硅(E-SiO_2)薄膜作为有机涂层的预处理层,借助E-SiO_2薄膜与金属的化学键合能力和E-Si02膜层的粗糙度实现有机涂层与金属基体的良好的结合力。本论文在此基础之上提出以E-SiO_2薄膜作为骨架模板,用浸涂吸附的方法修饰上一层有机硅烷膜,并以此为预处理层构建新型金属涂装防护体系。FT-IR、TG等测试结果表明,部分有机硅烷以物理吸附的形式附着在E-SiO_2薄膜中,而少部分有机硅烷则是以化学键合的形式均匀分布在E-SiO_2薄膜中的Si02微球表面。研究发现,有机硅烷的修饰在基本保留了E-SiO_2薄膜表面粗糙度的同时,增强了E-SiO_2薄膜的疏水性,从而赋予其一定的短期防护效果,防护效果的好坏与有机硅烷的疏水性有关。一方面,较强疏水性的硅烷使得完整预处理层可以有效阻挡外界腐蚀性介质的入侵,从而起到更好的防护效果；另一方面,如果有机硅烷疏水性过强,预处理层受到破坏时便难以溶出,无法起到自修复的作用。从E-SiO_2有机硅炕/环氧涂层的截面结构来看,环氧涂层可以很好地渗透到E-SiO_2骨架的多孔结构中。但吸附的有机硅烷过多或有机硅烷疏水性过强时,容易在E-SiO_2薄膜的孔道中形成凝胶微球堵塞部分孔道,减弱涂层的渗透,对涂层结合力会产生一定的影响。有机硅烷修饰层的引入不仅增强了E-SiO_2预处理的环氧涂层体系对水等腐蚀性介质的阻挡性能,并且在涂层受到破坏时有机硅烷可以溶出并在涂层破损处聚集缩合,起到一定的自修复作用。电化学阻抗谱(EIS)、Machu试验、盐雾试验、铁离子溶出量测试等多种研究表明,经有机硅烷修饰的E-SiO_2薄膜预处理的环氧涂层防腐蚀性能优异,具有非常好的应用前景。
王力[9]2016年在《Q235低碳钢超疏水表面的制备及耐用性能研究》文中研究指明超疏水表面指的是与水接触角大于150°且滚动角小于10°的表面,它在防水自洁、防结冰、降阻、防腐蚀、油水分离等诸多领域具有广阔的应用前景,受到人们的广泛关注。本文以Q235低碳钢为对象,通过还原沉积、盐水刻蚀和涂料喷涂叁种方法,成功对其进行了表面超疏水处理,并且对不同条件下获得的超疏水表面的形成机理和耐用性进行了研究。结果表明：1、采用两种化学改性的方法即化学还原法和盐水刻蚀法成功制备了Q235钢超疏水表面,分析表明Q235钢经0.1M的CuCl2溶液化学还原1 min后表面形成了具有大量枝晶状微纳粗糙结构的铜镀层、再经低表面能处理获得接触角155°滚动角2°的超疏水表面；3.5%盐水密闭环境(90℃,24 h)造成Q235钢表面腐蚀氧化表面形成了大量纳米瓣状粗糙结构,经氟化处理后获得接触角为155°,滚动角为1°的超疏水表面,研究表明这两种化学改性法制备的Q235钢超疏水表面的耐用性并不理想,难以满足实际应用。2、经超级干超疏水涂料喷涂处理后的Q235钢表面,其接触角可达155°,滚动角可达2°。SEM、XPS和FTIR的结果表明,超级干超疏水涂层由喷涂形成微米粗糙结构的橡胶底漆和氟化的Si02堆积形成的具有大量纳米细孔的面漆两部分构成。3、采用磨损法和水冲击法评价了超级干涂层的机械耐用性,研究发现分别经过12次表面磨损和90分钟的水冲击,超级干涂层的微观结构受到破坏,从而失去超疏水性能。4、在强酸和弱碱性液态环境下,超级干超疏水涂层具有较强的稳定性,可以保持168 h不丧失超疏水性能；而强碱环境下,超级干涂层会迅速丧失超疏水性能,原因是强碱“吞噬”了对涂层的超疏水性能起到关键作用的疏水性纳米Si02颗粒导致纳米结构丧失,涂层表面能增大,从而使涂层的超疏水性能失效。5、盐水环境下,超级干涂层表面能形成一层气膜从而阻止腐蚀离子与基底的接触,提高了钢表面的耐蚀性能。但是在盐雾环境下,超疏水涂层表面难以提高钢的耐腐蚀性能。这主要是由于细小的盐雾雾滴直接进入涂层多孔微结构,使得盐雾中的腐蚀性氯离子渗入基底表面,引起碳钢腐蚀。
赵丹丹[10]2018年在《无机/有机复合超疏水耐磨涂层的制备及其性能的研究》文中认为超疏水表面是指液滴接触角大于150°,滚动角小于10°,具有特殊功能属性的材料表面。近几年,制备耐磨的超疏水涂层成为超疏水领域的主要趋势之一。通过控制材料表面的化学成分和表面形貌,并引入粘结剂,可成功制备出耐磨超疏水涂层。本论文以SiO_2和TiO_2为原料,采用喷涂法制备出耐磨的VTMS/Si O_2/UPR超疏水涂层、APMS/SiO_2/ER超疏水涂层以及润湿性可转变的TiO_2/ER超疏水涂层。通过接触角测试仪测试水滴在涂层表面上的接触角(CA)和滚动角(SA);通过扫描电子显微镜(SEM)观察涂层的表面形貌;通过傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)对纳米粒子进行化学分析;通过热重(TGA)对涂层的稳定性以及改性剂的接枝密度进行研究;通过砂纸摩擦实验,观察涂层CA的变化,进而对涂层的耐磨性进行分析。具体内容如下:(1)使用乙烯基叁甲氧基硅烷(VTMS)改性的纳米二氧化硅(SiO_2)颗粒与不饱和树脂(UPR)的乙酸乙酯溶液混合,经喷涂后制备出具有微纳米粗糙结构的超疏水耐磨涂层,实验结果表明,在所研究的粒径范围内,随着改性SiO_2的粒径的增大,涂层的疏水性增大,并且当使用平均粒径达到170nm以后,涂层开始具有超疏水性;当改性Si O_2/UPR的质量比在5:5到5:3之间时,涂层可以达到超疏水性;在相同改性Si O_2/UPR的质量比的条件下,随着摩擦次数增加,涂层的疏水性一直减小,并且随着改性Si O_2/UPR的质量比越大,涂层的超疏水性下降趋势越明显。(2)使用氨基丙基叁甲氧基硅烷(APMS)改性的纳米二氧化硅(SiO_2)颗粒与环氧树脂(ER)的无水乙醇溶液混合,经过辛基叁甲氧基硅烷修饰后,喷涂制备出了具有微纳米粗糙结构的超疏水耐磨涂层。实验结果表明,在所研究的历经范围内,随着改性SiO_2的粒径的增大,涂层的疏水性增大,当使用改性SiO_2的平均粒径为57nm时,涂层开始具有超疏水性;涂层的疏水性随改性SiO_2/ER质量比的增大先增后减小,且当改性SiO_2/ER质量比在4:5到5:3之间时,涂层具有超疏水性;在相同改性SiO_2与ER的质量比的条件下,随着摩擦次数增加,涂层的疏水性一直减小,并且随着改性SiO_2/ER的质量比越大,涂层的超疏水性下降趋势越明显。(3)通过水热法制备纳米二氧化钛(TiO_2)粒子后,与环氧树脂(ER)的无水乙醇溶液混合,经喷涂后疏水涂层经过二氯二乙基硅烷修饰后,得到了具有一定粗糙度的超疏水耐磨涂层。实验结果表明,在所研究的粒径范围内,涂层的疏水性随TiO_2的平均粒径增大而增大,当平均粒径达到50nm左右,涂层就开始具有超疏水性;当Ti O_2/ER的质量比在4:4到4:3之间时,涂层均能达到较好的超疏水性,并且在质量比为4:4时,接触角达到最大153.5°;涂层在乙醇中至少需要浸渍3.5min后,才能获得超疏水性;不同TiO_2/ER质量比的超疏水涂层的疏水性在经过数次摩擦之后疏水性会有所降低;由于TiO_2的光敏特性,涂层在紫外光的照射下,可发生由超疏水性和亲水性之间的转换。(4)本文通过对所制得的叁种超疏水涂层在模拟污染下进行实验,证明了叁种所制备的超疏水性涂层都具有良好的自清洁性;通过对叁种超疏水涂层在3.5%的氯化钠溶液中的防腐蚀电化学研究,表明叁种所制备的超疏水涂层有良好的防腐蚀性能;通过考察不同液滴对叁种所制备的超疏水涂层的疏水性发现,叁种超疏水涂层对于各种以水为溶剂的液滴具有疏水性,但对于油性物质具有亲油性,因此所制备的超疏水涂层在油水分离方面具有很大的应用前景。
参考文献：
[1]. 碳钢表面纳米SiO_2薄膜的制备及性能研究[D]. 李媛. 北京化工大学. 2004
[2]. 纳米SiO_2薄膜的制备及性能研究[D]. 颜东洲. 北京化工大学. 2003
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[4]. 基于电沉积SiO_2薄膜中间层的主动防护涂装体系[D]. 刘艳华. 浙江大学. 2016
[5]. 电沉积Sol-gel技术及其在材料表面功能化中的应用[D]. 伍廉奎. 浙江大学. 2014
[6]. 若干缓蚀剂的负载方法及其在涂层防护中的应用[D]. 徐俊波. 浙江大学. 2018
[7]. 地热水板式换热器微纳米涂层表面防腐防垢性能研究[D]. 周伟东. 天津大学. 2012
[8]. 电沉积二氧化硅薄膜的硅烷修饰及其在有机涂层体系中的应用[D]. 金小寒. 浙江大学. 2014
[9]. Q235低碳钢超疏水表面的制备及耐用性能研究[D]. 王力. 昆明理工大学. 2016
[10]. 无机/有机复合超疏水耐磨涂层的制备及其性能的研究[D]. 赵丹丹. 中北大学. 2018