皮秒激光制备超疏水镍铝青铜合金表面性能研究

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镍铝青铜合金因其优异的机械性能和耐腐蚀性能被广泛应用于海洋环境领域。通过制备超疏水表面可以获得许多出色的性能,如自清洁性、抗腐蚀性、减阻性能、有效防止微生物黏附及良好的抗结冰性能。超疏水表面的制备方法有许多,如电化学沉积、化学刻蚀、等离子体辅助热气相沉积、溶胶-凝胶法和激光加工法等。激光加工法具有无需特殊的工作环境、可同时获得纳米级和微米级的微观结构、加工过程时间短、可通过控制参数得到不同的微纳米结构等优点,被广泛应用于多种材料表面加工。本论文采用皮秒激光在镍铝青铜合金表面构造微纳米结构,然后利用硬脂酸修饰改性试样表面,从而制备超疏水镍铝青铜合金。主要研究成果如下:(1)以镍铝青铜合金为基体,采用皮秒激光加工法在试样表面制备微纳米结构,并对表面微观结构和表面润湿性进行了分析,研究了激光加工功率、扫描速度、重复次数和扫描间距对镍铝青铜合金表面的接触角和滚动角的影响,研究表明最佳激光加工条件为:平均功率21.6 W,扫描速度200 mm/s,重复次数5次,扫描间距30μm。该条件下可在镍铝青铜合金表面获得均匀且周期性的凹坑和凸起微纳米结构,试样表面的接触角为134.13°。(2)通过皮秒激光在镍铝青铜合金表面制备微纳米结构,然后利用硬脂酸对微纳米结构进行修饰,制备出具有超疏水性的镍铝青铜合金表面。对超疏水镍铝青铜合金表面的润湿性和化学成分进行了研究,分析了激光加工的微纳米结构和硬脂酸修饰对疏水性能的影响,研究结果发现试样表面的微纳米结构使试样表面与液体的接触状态从Young模型向Cassie-Baxter模型转变,硬脂酸的修饰作用使镍铝青铜合金表面的表面能降低,因此在激光加工和硬脂酸修饰的双重作用下,镍铝青铜合金表面的润湿性由亲水性变为超疏水性。制备的超疏水镍铝青铜合金表面的接触角和滚动角分别为157.19°和7°。(3)对超疏水镍铝青铜合金表面的耐腐蚀性能和疏水稳定性进行研究,实验结果表明超疏水镍铝青铜合金表面比未处理的原始试样表面具有更好的耐腐蚀性能。超疏水镍铝青铜合金表面在pH为1~14的溶液中能保持良好的超疏水性。超疏水镍铝青铜合金表面在制备的60天后依然保持很好的疏水性能。
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