铝合金表面多尺度仿生超疏水多功能表面的制备及机理研究

【摘要】自然界中的许多生物表面都具有超疏水特征，同时，其表面具有一些特殊性质，如自洁、防污、防结冰、润滑、减阻减摩、高黏附、耐腐蚀等特性，在建筑、纺织、航空、通讯等领域都具有十分广阔的应用及发展前景。而铝及其合金作为地壳中含量最多的金属元素，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业等领域有广泛的应用。受自然界启发，人们在金属基体上制备具有超疏水性的表面，而对于工业中广泛使用的铝合金，制备具有超疏水性的功能性表面具有重要的科学意义与工业价值。本文选用3005铝合金为基体，通过激光加工法、激光加工结合化学刻蚀法与阳极氧化法三种方法制备了铝合金超疏水性表面，系统总结了激光加工表面、化学刻蚀表面，阳极氧化表面的结构特征，分析了形态、结构、材料的影响机制，揭示了润湿性、耐腐蚀性、稳定性功能机理。本文首先对亲水性、疏水性、超疏水性植物表面形貌，进行了扫描电子显微镜观察分析，并系统总结了植物表面结构、材料与自清洁及高黏附等的作用机理，提取超疏水性植物表面微观结构为生物模板，进而在铝合金基体上制备了具有超疏水性、高黏附性、耐腐蚀性的多功能表面。采用激光加工法在铝合金表面加工出微米级的弹坑，随后在DTS溶液中修饰，成功制备了具有超疏水性的铝合金表面，表面接触角高达156.8°±2°。随后还进一步采用激光加工为前处理工艺，结合在硝酸铜和硝酸混合溶液中进行化学刻蚀，随后在DTS溶液中修饰，制备了由微米尺度的弹坑状结构及纳米尺寸的网状结构组成的双层微纳米结构的超疏水性铝合金表面，表面接触角高达156.5°±2°。制备出的铝合金样品表面具有仿玫瑰花瓣表面结构，并且表面是具有高黏附性的超疏水表面。用pH为2-14的液滴在铝合金超疏水表面仍呈现接触角高于150°的超疏水性，在液滴pH为1时的接触角也达到146.5°±2°，这些表明制备表面具有良好的稳定性。通过在3.5wt%的NaCl溶液中的腐蚀试验，结果表明制备的超疏水铝合金表面的耐腐蚀性比未加工的铝合金相比有明显的提高。采用电镀电源在阳极铝合金基体上进行阳极氧化，在阳极铝合金基体上一步法成功制备出了具有低表面能的多孔超疏水表面。表面接触角高达171.9°±2°，滑动角仅为6.2°±1°。电解时间120min，电源电压20V为制备阳极铝合金超疏水表面的最佳实验条件。通过扫描电子显微镜观察以及光电子能谱分析，得到铝合金表面的超疏水性是由微观结构和化学成分共同决定。在3.5wt%NaCl溶液中的腐蚀试验结果表明，铝合金超疏水样品表面与裸露的铝合金表面相比具有更好的耐腐蚀性。制备的超疏水铝合金表面在空气中暴露大于3个月后，接触角均无明显变化，表明这些方法制备的表面具有良好的稳定性。
【作者】刘金丹；
【导师】刘燕；
【作者基本信息】吉林大学，农业机械化工程，2014，硕士
【关键词】铝合金；仿生；激光加工；化学刻蚀；阳极氧化；润湿性能；耐腐蚀性；耐久性；

【参考文献】
[1]梁立勋.岩巷钻车掘进技术及配套工艺研究[D].西安科技大学,矿业工程,2013,硕士.
[2]成硕.对外汉语初级阶段精读课本中形声字声旁表音情况分析及应用[D].河北师范大学,汉语国际教育,2013,硕士.
[3]杨峥.围绝经期高血压中医体质类型特点的研究[D].福建中医药大学,护理学,2013,硕士.
[4]李骏飞.基于机器视觉的棒材在线计数的研究[J].冶金自动化,2005,03:66-68.
[5]谢云英,杜丹,YueheLin.磷化蛋白phospho-p53~(15)的电化学免疫传感器[J].化学传感器,2012,01:33.
[6]段楠.对会计电算化向会计信息化过渡的研究[D].山西财经大学,会计学,2013,硕士.
[7]张永亮.微波无源器件综合新技术及其计算机辅助调试的研究[D].西安电子科技大学,电磁场与微波技术,2013,博士.
[8]纳米拉.樟子松林真菌调查及其共生菌根形态类型研究[D].内蒙古农业大学,森林培育,2013,硕士.
[9]牛婷.产品市场竞争、代理问题与费用粘性[D].内蒙古大学,会计,2013,硕士.
[10]关新平,罗小元,刘奕昌,段广仁.不确定时滞系统具α-γ保性能性质的H_∞控制器设计[J].控制与决策,2001,S1:677-680+684.
[11]卓儒洞.杂交水稻高产群体形成的生理特性研究[D].湖南农业大学,种植,2003,硕士.
[12]袁博.基于AAM与张量分解的多视角人脸合成算法[D].西安电子科技大学,信号与信息处理,2012,硕士.
[13]徐华丽.变电站综合自动化中监控系统的研究[D].合肥工业大学,电力系统及其自动化,2004,硕士.
[14]王斐.产油红冬孢酵母的诱变选育与发酵条件的优化[D].河南科技大学,生物化学与分子生物学,2013,硕士.
[15]梅海楠.中性线故障导致电气火灾事故研究[D].中国地质大学（北京）,安全技术及工程,2013,硕士.
[16]严彬.miR-29b在前列腺癌中的表达及其作用和机制的初步探讨[D].中南大学,临床医学,2014,博士.
[17]盛敏.基于ABMS的汽车零部件循环取货研究[D].合肥工业大学,工业工程,2013,硕士.
[18]宋英杰.ZY公司低成本战略研究[D].吉林大学,工商管理,2012,硕士.
[19]曹艳艳.从《赫索格》、《洪堡的礼物》和《更多的人死于心碎》中看贝娄对性别身份的建构[D].安徽大学,英语语言文学,2013,硕士.
[20]何宇强.客运专线运输组织理论中若干问题的研究[D].北京交通大学,2006.
[21]吉素芬.残缺意识与喜剧性超越[D].河南大学,中国现当代文学,2004,硕士.
[22]李帮义,姚恩瑜.多参数最小支撑树问题的复杂性和算法[J].控制与决策,2000,05:617-619.
[23]杜芳鹏.宁南地区石炭纪地层沉积特征及油气远景初步评价[D].西北大学,能源地质学,2014,硕士.
[24].欢迎有志青年报考大连外国语大学硕士研究生[J].东北亚外语研究,2015,01:34.
[25]周玲.深基坑内支撑支护结构上的土压力分布研究[D].浙江工业大学,2009.
[26]韦再伟.基于车辆排放的交叉口协同管控问题研究[D].北京交通大学,环境工程,2013,硕士.
[27]栾诚.数据仓库技术浅析[J].山东通信技术,2003,01:19-22.
[28]武钢,罗学恕,陈书瀚,郑孝天,何映清,严发志.浇铸钢流测温的新方法[J].冶金自动化,1980,06:52-53.
[29]孙艳玲.18-19世纪朴齐家与清朝文人的交流研究[D].山东大学,亚非语言文学,2013,硕士.
[30]王盈盈.童谣中的“孤独”和“悲伤”[D].吉林大学,日语语言文学,2013,硕士.
[31]赵闯.河谷地形下多跨简支梁桥的落梁破坏研究[D].苏州科技学院,结构工程,2012,硕士.
[32]何典,宋中山.面向电子商务个性化服务的Web挖掘应用[J].计算机与网络,2005,Z1:85-86.
[33]陈铭.宽带MIMO系统衰落信道上高效空时频码的性能研究[D].杭州电子科技大学,通信与信息系统,2012,硕士.
[34]刘新,刘建,周涛.韶冶精馏车间数据采集处理系统[J].冶金自动化,1992,02:32-35+60.
[35]王祥.过渡金属—四唑/咪唑衍生物配体修饰的多金属氧簇组装化学[D].东北师范大学,无机化学,2014,博士.
[36]李浩.基于VMware的多操作系统网络实验平台的构建[D].南昌大学,计算机技术（专业学位）,2012,硕士.
[37]孙云鹏.马士基航运在华北区的战略调整[D].天津大学,工商管理,2013,硕士.
[38]何春风,习海宇.探析高职院校学生政治参与现状——以浙江工业职业技术学院为个案[J].前沿,2013,02:32-34.
[39]蔡妮娜.路易斯·厄得里克小说中的讲故事手法[D].东北大学,英语语言文学,2010,硕士.
[40]李敏.《中国青年报》大学生创业者媒介形象研究[D].南京师范大学,新闻学,2012,硕士.
[41]贺颖.Si和Ce对镁合金组织与性能的影响[D].沈阳工业大学,材料学,2013,硕士.
[42]肖海峰,杨刚,张斌.石墨烯的有限元模型及其动态断裂[J].江苏航空,2014,03:26-28.
[43]张勇军,李静,郝春辉,王卓君.基于TDC控制和全变频调速的热连轧卷取机电控系统[J].冶金自动化,2008,01:30-34.
[44]陶格斯.阿拉善盟中小学教师信息技术能力培训的调查研究[D].内蒙古师范大学,教育管理（专业学位）,2012,硕士.
[45]王宇.老化台开关电源控制系统的研究与实现[D].黑龙江大学,控制工程,2012,硕士.
[46]张潇文.基层党组织功能发挥的动力机制研究[D].中共中央党校,党的学说与党的建设,2013,硕士.
[47]鞠晓媚.极谱分析法在涎磷蛋白和氧化石墨烯电化学检测中的应用[D].青岛科技大学,2013.
[48]邱光美.三唑类配体配合物的合成、表征及生物活性研究[D].西南交通大学,微生物与生化药学,2013,硕士.
[49]刘桢付.费氏中华根瘤菌的基因标记与竞争结瘤的研究[D].华中农业大学,微生物学,2001,硕士.
[50]钱慧文.基于巴塞尔资本协议的商业银行逆周期调节机制研究[D].浙江大学,金融学,2013,硕士.