摘要: 具有超疏水性能的不锈钢材料在工业、海洋等行业有着十分广阔的应用前景，主要是因为超疏水表面具有十分优异减阻、抗结冰、自清洁等性能。目前人们已经成功研制出多种制备超疏水表面的方法，但对其耐磨性和耐腐蚀性能的相关研究还比较少，也因此限制... 展开 具有超疏水性能的不锈钢材料在工业、海洋等行业有着十分广阔的应用前景，主要是因为超疏水表面具有十分优异减阻、抗结冰、自清洁等性能。目前人们已经成功研制出多种制备超疏水表面的方法，但对其耐磨性和耐腐蚀性能的相关研究还比较少，也因此限制了它的使用范围。超疏水表面需具有低表面能的微纳结构，其判断标准为接触角位于区间[150°,180°]，滚动角位于区间[0°,10°]。本文试验研究了三种超疏水表面制备方法并分析了其耐腐蚀性和耐磨性能。 本文首先采用化学刻蚀法对304不锈钢进行表面微纳结构的构建，以三氯化铁、磷酸、盐酸、过氧化氢配置成腐蚀液，探究腐蚀时间对其表面结构和接触角的影响，腐蚀时间为2-6min，间隔为1min。研究表明腐蚀后的样品表面为亲水表面。利用全氟癸基三乙氧基硅烷(PFDS)对上述的样品进行表面修饰以降低表面能，修饰时间为30min，然后测量接触角。实验结果表明腐蚀时间为5min时样品超疏水性最佳，此时样品的接触角为156°，滚动角为7.4°。实验进一步对腐蚀5min的样品进行耐腐蚀性能和耐磨性能的研究，超疏水样品的腐蚀速率为原始304不锈钢的1/8，耐腐蚀性能有所提升；但其表面的耐磨性较差，在1000#砂纸上对样品施加1kpa压强，摩擦距离达到10cm时就失去了超疏水性能。 在化学刻蚀法的基础上，结合物理气相沉积法以求提高超疏水表面结构的耐磨性和耐腐蚀性能。选取以上述腐蚀液腐蚀5min的304不锈钢样品为基底，在其表面上通过磁控溅射法沉积不同时间的TiN-Ag薄膜，沉积时间为0.5-2h，间隔为0.5h。使用PFDS对镀膜后的样品进行表面修饰，修饰时间为30min，结果表明，仅沉积时间为0.5h的样品达到了超疏水效果，此时接触角为158°，滚动角为6.7°。实验进一步对该样品的耐腐蚀性能和耐磨性能进行分析，该样品的耐蚀性优于原始304不锈钢，腐蚀速率为原始不锈钢的1/10；在耐磨性测试中，摩擦距离超过20cm时，样品开始失去其超疏水性能，可见在不锈钢基底与PFDS中加一层TiN-Ag薄膜有利于提高样品的耐腐蚀与耐磨性能。 在化学刻蚀法的基础上，在其表面涂覆纳米涂层以求提高超疏水表面的耐磨性和耐腐蚀性能。首先是纳米涂层的制备：利用PFDS对纳米SiO2粉末进行表面改性，主要是将PFDS与纳米SiO2粉末混合从而制成改性SiO2粉末，然后将改性SiO2与聚二甲基硅氧烷(PDMS)混合制成SiO2/PDMS涂层，其中改性SiO2的用量分别为0、0.2、0.4、0.6和0.8g。同样以上述三氯化铁腐蚀液腐蚀5min的304不锈钢样品为基底，在其表面上涂覆制备好的具有不同改性SiO2含量的SiO2/PDMS涂层，研究改性SiO2含量对超疏水性能的影响。结果表明当改性SiO2浓度为8wt.%时，样品超疏水性能最佳，此时接触角为165°，滚动角为4.95°。对其进行耐腐蚀性进行研究，实验结果表明，此样品的耐蚀性能与原始304不锈钢相比有大幅度提高，其腐蚀速率为原始304不锈钢的1/100；在耐磨性测试中，当摩擦距离超过60cm时，样品开始逐渐失去超疏水性能，超疏水表面的耐磨性能较之前有了大幅度的提高。 收起