镁合金微弧氧化陶瓷层超疏水表面构建及电化学腐蚀行为研究

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镁合金的腐蚀是以电化学腐蚀为主,因此防止水分子的进入可有效提高镁合金的耐蚀性能。低表面能和粗糙结构是构建超疏水表面的两个关键条件,其中表面能是改善润湿性的基本条件,粗糙结构是主要因素。本文采用控制微弧氧化时间制备不同粗糙表面结构的非均质陶瓷层,研究了非均质材料表面粗糙结构对接触角的影响,以及丙烯酸刻蚀/硬脂酸修饰在镁合金微弧氧化陶瓷层表面构建超疏水陶瓷层的工艺参数,通过电极化实验、电阻抗实验,研究具有不同润湿性陶瓷层的耐蚀性,分析了超疏水表面对镁合金微弧氧化陶瓷层耐蚀性能的影响。研究结果表明:(1)非均质材料表面粗糙结构对接触角有较大的影响。亲水MgO陶瓷层表面粗糙因子可用面粗糙度Sa表示。当Sa从0.25μm增大到1.787μm时,接触角从78°减小到16°,接近超亲水角度时,陶瓷层表面孔径分布范围越大分散性越大;硬脂酸修饰的疏水陶瓷层表面,当接触角小于148°时,随着陶瓷层表面粗糙度增大,接触角增大。当接近超疏水角度时,接触角和粗糙度线性关系减弱,粗糙因子应采用分形维数表示,分形维数越大,接触角越大。当分形维数从1.66增大到1.95,接触角从1 48°增大到159°。(2)丙烯酸刻蚀/硬脂酸修饰可在镁合金微弧氧化陶瓷层构建超疏水表面,构建超疏水陶瓷层的最优工艺为:微弧氧化时间25min,丙烯酸刻蚀参数为40℃、0.08mol/L,硬脂酸修饰参数为60℃、0.1mol/L;测试其静态接触角为159°,滚动角小于3°,且超疏水表面具有良好的稳定性,当其置于空气中30天后,接触角仅从159°减小到153°。丙烯酸刻蚀使得自然熔融的光滑凸起陶瓷层表面变为分布着1μm左右的花骨朵结构、100nm到200nm不等的条状结构的微纳粗糙结构。(3)镁合金微弧氧化陶瓷层表面润湿性的不同可有效改善陶瓷层的耐蚀性,接触角越大耐蚀性越好。超疏水陶瓷层比亲水陶瓷层腐蚀电流减小了3个数量级。当陶瓷层接触角为159°时,试样的腐蚀电流为3.3134×10-9A/cm2。与亲水陶瓷层相比,在3.5%NaCl水溶液中浸泡前期阻抗值增大1.3 ×106Ω,延长试样最终失效时间240min;超疏水陶瓷层表面改善镁合金微弧氧化试样耐蚀性能是因为表面的微纳结构减小了水滴与陶瓷层表面实际接触面积的97%,从而在浸泡初期有效减缓了水分子进入陶瓷层的速度及数量,降低阴极析氢腐蚀反应的速度,从而减慢了整个电化学腐蚀反应的速度。
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