合金钢超疏水表面无氟制备及其性能研究

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在现今生产生活当中,合金钢含有各种较为卓越的性能,诸如良好的综合力学性能以及耐热耐酸耐腐蚀等性能,同时由于汽车车身材料的用钢量很大,为实现汽车轻量化和降低油耗,将合金钢应用于汽车领域已成为必不可少的一项。在面对不同的应用环境时,为提高合金钢表面的性能,利用表面处理技术在合金钢表面构建出超疏水结构,使得合金钢表面具备自清洁、防水、防腐蚀等性能,提升了合金钢在车身材料方面的应用范围。目前,在领域内已经出现了相当多样的超疏水材料制备方式,但由于许多方法都存在着制备条件苛刻、加工设备特殊或者工艺过程复杂等问题,这些问题影响着制备得到的超疏水材料的性能,也是超疏水材料难以得到推广的因素之一。基于这些问题,本文采用化学蚀刻和高温烘干相结合的方式,在不添加任何低表面能有机物的情况下,在合金钢基底表面成功制备出了超疏水效果,并对超疏水表面的形成机理、超疏水原理及应用进行了分析研究。主要讨论内容如下:(1)采用化学蚀刻和高温烘干相结合的方法,在合金钢基底表面构筑了微纳米复合结构的超疏水表面,使用该方法涉及到的仪器设备和实验过程都相对简单,且不需要使用低表面能有机物质的修饰,可以得到水接触角为167.5°±2.7°,滚动角为5.5°±2.0°的超疏水表面。通过对该超疏水表面的表征及影响因素的分析和研究(包括在混合溶液中的蚀刻时间,高温烘干处理的温度与高温烘干处理的时间),说明了形成超疏水实验的过程中微纳米复合结构所起的重要作用。(2)对制备的试样表面进行超疏水表面润湿性表征分析,讨论了合金钢基底超疏水表面制备过程中各种因素对于实验结果的影响,包括溶液蚀刻时间、高温烘干的时间和高温烘干的温度,主要使用的分析仪器是接触角测量仪和滚动角测量仪,用来测量接触角和滚动角的大小;对制备的试样表面进行微观形貌、元素成分以及晶体成分的表征分析,讨论了超疏水表面的形成机理,主要使用SEM、EDS、XRD等分析仪器对合金钢基底超疏水表面进行了测试。(3)设计测试性能实验,主要对超疏水试样表面的自清洁性能、耐久性能、耐腐蚀性能和耐摩擦性能进行测试。最后综合所有的性能测试实验结果分析得出,实验所制备的合金钢超疏水试样表面具有良好的自清洁性能、耐久性能、耐腐蚀性能和耐摩擦性能。
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