铜基表面超疏水微结构的制备与损伤研究

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近年来,来自于自然界的启发,如荷叶的自清洁性能、鲨鱼皮的减阻效果等,许多仿生表面的研究取得了明显的进步,材料的微结构可以改变材料原有的表面性质,其中金属材料在实际工程应用中有极大的价值,对于改变金属表面改性制备受到了越来越多的学者关注,对于金属材料的应用有了更大的拓展,使金属材料有了更加宽广的应用前景。本文通过理论来指导电火花线切割加工铜合金的微结构,经化学腐蚀之后,得到圆台形微结构,并对微结构的润湿性、耐腐蚀性以及摩擦学性能进行表征。研究成果如下:(1)根据实验的观测,发现圆台凹槽上方的液面时弯月面,利用简化模型,可以计算凹槽上方液-气界面的接触面积,进一步根据接触角模型预测公式,得到圆台表面接触角预测模型。根据液滴在圆台表面处于力平衡状态,建立平衡方程,根据临界三相接触线密度和凸台最小高度理论,建立了关于表面的结构参数与Cassie状态形成的影响规律,结合之前的接触角预测模型,建立整体的圆台微结构超疏水的理论设计准则。(2)首先利用电火花线切割的正交实验,确定加工的最佳工艺参数。通过测量线切割直接加工表面的本征接触角θ0和前进接触角θA,结合水滴的密度ρ以及表面张力,利用超疏水表面设计准则,可以确定圆台上端的直径x以及圆台间距y的取值范围。利用电火花线切割加工方法和化学刻蚀的方法,制备圆台上端的直径x以及圆台间距y取值范围的圆台试样,测量试样的静态接触角,来验证圆台结构的参数设计准则。(3)采用电化学工作站分别对抛光试样、平面修饰试样以及微结构修饰试样进行耐腐蚀性能研究,分别测量了其极化曲线和交流阻抗。从极化曲线和交流阻抗来分析,超疏水试样、平面修饰试样以及抛光试样的耐腐蚀性能。(4)利用摩擦磨损试验机对方柱微结构的摩擦学性能进行研究,观察微结构对材料表面的摩擦学性能,由于微结构的结合强度和表层的疏水膜原因,微结构在实际应用中难以承受剧烈的摩擦磨损,在第三章的设计基础上,设计一个轻微的摩擦磨损实验和耐久性试验,来研究圆台微结构表面经过轻微磨损之后的润湿性改变,经过轻微磨损之后,能保持较好的超疏水性能,微结构的润湿性在大气以及酸碱环境中有稳定性。
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