激光干涉诱导电化学提高钛合金表面耐腐蚀性能研究

来源 :长春理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Haroldzhang
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超疏水耐腐蚀表面为防腐领域提供了崭新的技术方法,该技术可以在多种材料表面实现,并且其制备方法十分多样。这项技术对于基底材料的几何形状要求相对较小,根据不同的制备方案,能够满足在多种领域、环境中的表面防腐要求。其主要原理是将受到保护的器件表面与腐蚀源隔离,从而达到防止腐蚀的效果。在众多的制备技术中,激光干涉光刻技术以及电化学阳极氧化技术均可实现大面积制造,且制备成本低廉,操作简便,在制备金属基底的超疏水表面时具有一定优势。钛元素与氧元素在常温下可形成致密的氧化钛薄膜,当薄膜受到物理性破坏后,在一定时间内可以快速恢复。这使得钛合金获得了良好的耐腐蚀性能,但是这层稳定的氧化膜在缺氧环境中遭受破坏后很难恢复。因此,在钛合金上制备具有超疏水性能的耐腐蚀表面,用以增强钛合金的耐腐蚀性能,就具有一定的研究意义。本论文完成的主要工作如下:(1)利用阳极氧化在TC4合金表面制备了超疏水结构,并提高其耐腐蚀性。利用扫描电子显微镜(SEM),X射线光电子能谱(XPS),能量色散能谱(EDS)和接触角测量仪等测试分析手段,对0.20 A·cm-2、0.25 A·cm-2、0.30 A·cm-2和0.35 A·cm-2等四种电流密度条件下,经过电化学阳极氧化处理所获样品的表面形貌特征、元素分布、元素成分变化、润湿性及粘附力变化进行表征,分析了在不同反应同电流密度、反应时间变化下表面形貌、润湿性及粘附力的变化规律。利用电化学工作站,采用EIS及Tafel极化曲线测试等模式对样品的电化学特性进行表征,分析了不同阳极氧化反应条件下表面的抗腐蚀性能及变化规律。(2)研究了激光干涉光刻预处理对于超疏水表面性能的影响。在30 mJ·cm-2、60 mJ·cm-2和70 mJ·cm-2等三种激光光束能量密度条件下,对光滑TC4合金表面进行激光干涉光刻预处理。通过SEM测试、接触角测试以及电化学测试,分析了在阳极氧化腐蚀电流密度为0.25A·cm-2、阳极氧化反应时间为420s的条件下,0 mJ·cm-2、30 mJ·cm-2、60 mJ·cm-2、70 mJ·cm-2等四种激光能量密度预处理前后,所获得的超疏水耐腐蚀表面形貌、润湿性以及腐蚀性能的相关变化规律。实验结果表明,经阳极氧化处理的TC4合金表现出良好的耐腐蚀性和超疏水性能,并且其性能随着电化学处理时间的增加而提高,同时激光干涉预处理对增强超疏水表面的耐腐蚀特性也有作用。未经激光干涉预处理的超疏水耐腐蚀表面的自腐蚀电流密度比光滑TC4合金低两个数量级,相较于经过激光干涉预处理的超疏水耐腐蚀表面低一个数量级,但是其自腐蚀电位明显低于经过激光干涉预处理的超疏水耐腐蚀表面。本文研究内容对于功能型表面的制备提出了一种较为简便的方法,通过使用一步阳极氧化法在TC4合金表面直接制备超疏水耐腐蚀的功能型表面,并且发现适量的激光预处理可以一定程度上增强超疏水表面的耐腐蚀性能,对于在金属表面制备具有润湿特性的微结构具有一定的参考价值。
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