镁合金表面耦合仿生疏水涂层的制备与研究

论文摘要

目前，随着镁合金系列产品得到更加广泛地应用，使用环境对镁合金保护性表面膜的功能性提出更高的要求。因此，具有特殊功能镁合金表面的制备技术在世界范围内已成为一个相当活跃的研究领域。润湿性能是固体表面的一个重要特征，对镁合金覆盖件表面的防粘、减阻、自洁、耐蚀、耐磨等功能的提高具有重要意义。本文选用AZ91D镁合金作为基体，通过电沉积技术、化学镀镍技术及化学刻蚀法等制备具有疏水特性的保护层。对AZ91D镁合金表面电沉积n-ZrO2/Ni复合镀层、疏水性化学镀层以及改性层的微观形貌、润湿性能、耐蚀性能及力学性能等方面进行检测并分析。对于AZ91D镁合金表面电沉积n-ZrO2/Ni复合镀层的制备，本文以硫酸盐为主盐的化学镀作为前处理工艺，采用电沉积法制备AZ91D镁合金表面n-ZrO2/Ni复合镀层。与AZ91D镁合金表面电沉积纯镍镀层相比，AZ91D镁合金表面电沉积n-ZrO2/Ni复合镀层的晶粒更细小，镀层更均匀。随电沉积镀液中纳米氧化锆颗粒加入量的增加，AZ91D镁合金表面电沉积n-ZrO2/Ni复合镀层的显微硬度都提高，当达到最大值后开始下降。与AZ91D镁合金表面电沉积纯镍镀层和AZ91D镁合金基体，AZ91D镁合金表面电沉积n-ZrO2/Ni复合镀层的自腐蚀电位得到提高，自腐蚀电流有所降低；AZ91D镁合金表面电沉积n-ZrO2/Ni复合镀层和AZ91D镁合金表面电沉积纯镍镀层在电化学腐蚀实验中都出现较宽泛的钝化区，大大提高了AZ91D镁合金基体的耐蚀性。对于AZ91D镁合金表面疏水性化学镀层的制备，本文以化学刻蚀作为前处理工艺，采用化学镀镍法制备AZ91D镁合金表面疏水性化学镀层。对AZ91D镁合金表面疏水性涂层的形成机理及润湿性能进行了阐述。由于试样表面形貌特征的改变，并且含有不同于基体元素的化学物质，改变了化学镀液中金属阳离子的吸附沉积位置和分布，在沉积过程中，逐渐形成具有典型生物疏水表面特征的化学涂层。刻蚀处理后的Ni-P镀层的XRD射线衍射图整体强度不大，而仍然具有较明显的宽化峰，说明Ag元素的加入使得镀层的非晶化倾向有所加强。刻蚀处理后所形成的化学镀镍层分布着不同数量的乳突结构，这种结构使试样表面具有典型生物疏水表面的非光滑特征，其最大静态接触角为109°。对于AZ91D镁合金表面改性层的制备，采用单一浓度滴定法和多浓度组合滴定法在AZ91D镁合金基体上制备疏水改性层。经过化学刻蚀处理后的镁合金AZ91D基体表面上有大量孔洞结构形成，同时受到氧化作用的影响，基体表面出现细小的裂纹，并且有枝晶结构在其它表面的区域形成。通过对镁合金AZ91D试样表面的不同区域进行成分检测发现，银单质主要集中在未形成孔洞结构的平滑表面上，而对孔洞结构进行检测时，没有Ag元素被发现。采用多步滴定法处理后的镁合金AZ91D试样，其改性层表面润湿性能得到大幅提升，最大润湿角度达到130.8°。从能量方程角度，对AZ91D镁合金表面疏水改性层进行机理分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 镁合金保护性涂层制备技术的研究现状
• 1.2.1 镁合金化学转化膜
• 1.2.2 阳极氧化处理
• 1.2.3 镁合金电镀技术
• 1.2.4 镁合金化学镀镍技术
• 1.3 仿生功能表面的研究现状
• 1.3.1 生物功能表面的研究
• 1.3.2 仿生疏水性表面的研究现状
• 1.4 主要研究内容
• 第2章 试验材料、工艺及研究方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 主要试验试剂与设备
• 2.3 试验工艺规范及溶液成分
• 2.3.1 纳米电沉积复合镀层的制备
• 2.3.2 仿生疏水涂层的制备
• 2.3.3 刻蚀法制备疏水涂层
• 2.4 研究方法
• 2.4.1 表面形貌观察及成分分析
• 2.4.2 结构分析
• 2.4.3 镀层显微硬度测量
• 2.4.4 耐腐蚀性能分析
• 2.4.5 润湿性能测试
• 2.5 本章小结
• 第3章 纳米电沉积复合镀层的组织与性能分析
• 3.1 纳米电沉积复合镀层的形貌特征及分析
• 3.2 纳米电沉积复合镀层的耐腐蚀性能分析
• 3.3 镀层显微硬度的测量及参数优化
• 3.4 纳米电沉积复合镀层的润湿性能
• 3.5 本章小结
• 第4章 镁合金表面疏水性涂层的组织与性能分析
• 4.1 润湿性能分析
• 4.2 疏水性涂层的形成机理
• 4.3 疏水性涂层的组织与成分分析
• 4.3.1 典型的微观形貌
• 4.3.2 成分分析
• 4.4 疏水性涂层的性能检测
• 4.4.1 润湿性能
• 4.4.2 耐腐蚀性测试
• 4.5 本章小结
• 第5章 化学刻蚀改性表面的组织与性能分析
• 5.1 形成机理分析
• 5.2 组织与成分分析
• 5.2.1 微观形貌
• 5.2.2 成分分析
• 5.3 性能检测
• 5.4 润湿性能分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 导师简介
• 作者简介
• 致谢