【摘 要】
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镁合金因镁金属活性强而极易被腐蚀,使其在极端工况和恶劣环境中的应用受到了一定程度的限制。提高镁合金的耐腐蚀性能,对于镁合金的应用有着重要的现实意义。此外,镁合金超疏水表面在摩擦过程中,由于表面结构或化学涂层被破坏,超疏水性能会大大降低。因此,如何制备坚固耐磨的镁合金超疏水表面是亟需解决的问题。本文以AZ31镁合金为研究对象,通过激光表面织构技术实现表面微纳结构可控制备。采用激光-化学刻蚀法与液相激
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镁合金因镁金属活性强而极易被腐蚀,使其在极端工况和恶劣环境中的应用受到了一定程度的限制。提高镁合金的耐腐蚀性能,对于镁合金的应用有着重要的现实意义。此外,镁合金超疏水表面在摩擦过程中,由于表面结构或化学涂层被破坏,超疏水性能会大大降低。因此,如何制备坚固耐磨的镁合金超疏水表面是亟需解决的问题。本文以AZ31镁合金为研究对象,通过激光表面织构技术实现表面微纳结构可控制备。采用激光-化学刻蚀法与液相激光烧蚀法两种方法制备镁合金超疏水表面,并探究其耐蚀性与耐磨性,旨在提高不同性能,拓展其在不同领域中的应用。主要研究结果如下:(1)确定槽间距与槽宽的不同排列组合的激光加工方案,分析表面形貌,润湿性变化规律。通过引入润湿性理论模型及加工后样品表面实际模型,并计算出固-液接触面占固-液-气总接触面的比值f。通过综合分析比值f、表观接触角θC-B以及接触角实际测量值θ可知,当固-液界面的面积分数f在10.4%-15.7%之间,可以获得较大的实际接触角。f小于3.2%时,由于固-液接触面积太小,液体会浸入到微结构的凹槽中,使表面呈现亲水性状态。f大于22.2%时,由于固-液接触面积增大,其润湿性反而变差,其接触角变小。(2)采用激光-化学刻蚀法制备具有微纳米复合织构的超疏水表面。通过化学成分分析,确定其润湿性转变原因;通过电化学实验探究其耐蚀性并分析其机理。XPS显示LST-CE试样比原始样品C-C(H)键含量提高32.26%,表明非极性键含量增加,这是由于空气中的非极性短链有机分子吸附到材料表面上,使材料表面自由能降低。润湿性分析认为,超疏水表面是由于微纳米织构和非极性键含量的增加所引起的表面自由能降低共同作用的结果。电化学实验表明该方法加工后的试样的耐腐蚀性均有一定程度的提高,这是由于在微纳米织构中间形成“腔体”并捕捉空气,金属与腐蚀液体接触时形成固-液-气三相界面,腐蚀性离子无法直接与基底接触,显著减缓金属的腐蚀速度。(3)采用液相激光烧蚀法一步制备超疏水表面。通过EDS分析化学成分变化,通过制造过程与耐磨机理分析其润湿性及耐磨性。EDS能谱显示随着磨损次数增加,C元素及F元素相对含量逐渐减少,但磨损400次后,其相对含量依然保持较高的数值,接触角整体呈现趋于稳定状态,接触角保持在约120°。制造过程分析认为,氟硅烷溶液中的F元素随着熔融材料的堆叠因而存在于该堆叠层的表面及内部,因此表面具有良好的可修复性。耐磨机理分析认为,表面的疏水性涂层是由一个个含F元素的氟化剂组成的网状结构,当表面被磨损后,此时含F元素的活性剂重新填充到该破坏区域,使得该网状结构得以修复。因此在经过多次磨损后,样品表面依然保持较高的疏水性。
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