金属表面微纳结构制备及其性能研究

来源 :武汉理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:yuyadong119
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随着金属及其合金应用的不断深入,材料的综合机械性能的不足日益凸显,提高材料综合性能已经成为各行各业亟待解决的关键问题。针对以上问题,本文通过在金属表面构筑不同的微/纳米结构,实现将金属表面的超疏水、自清洁特性与抗腐蚀、减小流动阻力的统一,同时也是对超疏水表面的一个拓展性研究,为其提供更加广阔的应用空间。本文进行了以下几方面的探索与研究:(1)创新性地改变以往超疏水表面无序粗糙结构的现象,通过在铜基表面涂覆一定厚度的光刻胶模板,然后基于两步无电沉积的氧化还原反应,制备了铜/银异质复合微纳阵列结构,探索了溶液浓度、反应时间等条件对形貌的影响,结果表明:对于节距和孔径为8μm的光刻胶模板,在0.2M CuSO溶液中沉积6分钟,随后在0.02M的AgNO溶液中还原70秒后的表面润湿性达到最佳值;这两种形貌都具有良好的均一性和阵列分布,便于形貌调控;XRD衍射图谱和EDX图谱了确定表面粗糙结构的组成和分布。(2)研究了两种典型形貌各自的润湿性能,测试了包括静态和动态接触角、滚动角、液滴的弹跳、蒸发现象等一系列指标。利用液体与固体表面润湿性模型(Wenzel和Cassie-Baxter模型)进行理论分析和现象解释,通过模型的简化与计算对以上实验结果进行验证,证实了液滴在两种形貌下的润湿状态分别对应的理论模型。(3)对微纳分形形貌表面的自清洁、耐蚀性和SERS增强性能进行研究,样品对不同pH值溶液的超疏水性能显示出其表面形貌的稳定性,对强酸、强碱溶液和模拟海水长时间的稳定性显示了处理后的表面的耐蚀性能有了很大的提高。(4)对铝合金超疏水表面的制备进行了探索,应用简单湿化学刻蚀法,对单一盐酸刻蚀、SDBS辅助盐酸刻蚀以及两种酸(HF/HCl)分步刻蚀进行对比,研究了刻蚀溶液的浓度、辅助刻蚀剂的添加、刻蚀时间及表面氟化处理方法及时间对铝合金表面微纳粗糙形貌及润湿性能的影响。(5)初步探索表面形貌对摩擦性能的影响,在载荷为1.65N时,将具有微纳结构的试样和光滑铝合金分别与GCr15钢球(硬度HV=15GPa,粗糙度Ra=0.01μm)对磨,试验时间为3min。利用扫描电子显微镜、场发射扫描电镜观察分析不同形貌的材料磨痕的形貌及其成分,并探讨了铝基微纳表面形貌的摩擦磨损机理。结果显示,添加表面活性剂的盐酸溶液刻蚀后的形貌达到表面润湿性和摩擦学性能的良好结合。
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