夏先朝，馮學(xué)磊，孫京麗，聶敬敬，龐 松，袁 勇，董澤華

(1 上海航天精密機械研究所，上海 201600；2 華中科技大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，武漢 430074；3 寧東能源化工基地管委會，銀川 750411)

隨著汽車、高鐵和航空航天工業(yè)的飛速發(fā)展，資源、環(huán)境問題對可持續(xù)發(fā)展帶來了巨大挑戰(zhàn)。因此，在保證安全性和功能性的前提條件下，使用比強度高的輕質(zhì)材料是實現(xiàn)節(jié)能減排的有效措施[1-2]。鎂合金比強度高、減震性能優(yōu)異，相比于其他金屬結(jié)構(gòu)材料，其在航空航天領(lǐng)域具有更好的節(jié)能減排效益和更廣闊的應(yīng)用前景，成為了航空航天裝備輕量化發(fā)展的熱門材料。但是，鎂合金化學(xué)穩(wěn)定性差，在自然環(huán)境中就能被氧、水和氯鹽腐蝕，生成疏松多孔且不均勻的氧化膜，因而不能阻止鎂合金基體的繼續(xù)腐蝕，這大大縮短了鎂合金結(jié)構(gòu)件的實際使用壽命并限制了其推廣應(yīng)用。因此，提高鎂合金的耐腐蝕性能已經(jīng)成為推動鎂合金工業(yè)應(yīng)用發(fā)展的重要舉措，也是目前國內(nèi)外研究人員亟待解決的關(guān)鍵問題。

經(jīng)過長期的自然競爭和選擇，動植物被賦予了許多適應(yīng)周圍自然環(huán)境變化的特殊形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能特性，而這些特殊的形態(tài)和能力為研究者們開發(fā)仿生材料帶來了很多靈感。其中，受荷葉啟發(fā)的超疏水表面因其優(yōu)異的防水性能在金屬腐蝕防護領(lǐng)域引起了大量的關(guān)注，并在自清潔[3-4]、防結(jié)冰[5]、油水分離[6-7]等新興領(lǐng)域展現(xiàn)出了極大的應(yīng)用前景。超疏水表面的防腐蝕機理主要是基于“空氣墊效應(yīng)”，即超疏水表面的微納結(jié)構(gòu)可以捕獲大量空氣形成“空氣墊”，在基體和腐蝕介質(zhì)之間形成物理屏障，減緩或抑制腐蝕介質(zhì)(主要是水和Cl-等)的滲透遷移[8-9]。江雷院士團隊[10]率先研究了超疏水表面在鎂合金腐蝕防護方面的應(yīng)用，結(jié)果表明經(jīng)過超疏水改性后鎂合金的耐蝕性顯著提高；朱亞利等[11]通過鹽酸刻蝕、氨水浸泡和疏水長鏈接枝在鎂合金表面成功構(gòu)建了超疏水表面，接觸角高達(dá)154°，并表現(xiàn)出良好的防黏附和防腐蝕性能。在自然界中的超疏水表面的啟發(fā)下，超疏水表面的理論和實際制備技術(shù)日臻完善。一般來說，超疏水表面的制備包含兩個要素：一是具有微納米粗糙結(jié)構(gòu)；二是具有低表面能[12]。目前超疏水表面的制備方法，主要包括模板法[13]、層層自組裝技術(shù)(LBL)[14]、刻蝕法[15]、陽極氧化法[16]、化學(xué)氣相沉積法(CVD)[17]、靜電紡絲法[18]以及電泳沉積法[19]等。然而，在制備超疏水表面的過程中，為了增強超疏水性，人們往往會使用大量的低表面能的含氟化合物，而這些氟化物及其降解物對環(huán)境和生物都會帶來不利影響[20]。此外，傳統(tǒng)的超疏水表面的制備過程比較難控制，制備的超疏水表面機械穩(wěn)定性差，微/納結(jié)構(gòu)易被破壞從而失去超疏水性，這些都嚴(yán)重制約了超疏水表面的實際應(yīng)用。因此，提高超疏水表面的穩(wěn)定性成為研究者們關(guān)注的焦點。目前，關(guān)于提高超疏水表面穩(wěn)定性的研究主要包括以下兩方面，一是通過硬質(zhì)材料來保護納米結(jié)構(gòu)。Wang等[21]提出了“鎧裝”超疏水表面的概念，將脆弱的超疏水納米結(jié)構(gòu)填充到耐機械摩擦的微米結(jié)構(gòu)之間，大大提高了超疏水表面的機械穩(wěn)定性。Li等[22]通過浸涂的磷酸二氫鋁(ADP)來保護超疏水表面的銅納米結(jié)構(gòu)，使得超疏水表面在經(jīng)過長時間的高溫和沙子沖擊實驗后，依然保持超疏水特性。二是制備自修復(fù)性能的超疏水表面。Wang等[23]通過模板法制備了聚二甲基硅氧烷(PDMS)/石蠟超疏水表面，低沸點的石蠟可以通過三維網(wǎng)絡(luò)的PDMS快速遷移至涂層表面，恢復(fù)涂層低表面能狀態(tài)和超疏水特性。除了上述兩種方法外，近年來研究者們又提出了“黏合劑+微/納米粒子”的策略，即利用樹脂作為疏水性納米顆粒與基底之間的黏結(jié)劑來提高超疏水表面與基體間的結(jié)合力。Xia等[24]利用PDMS和疏水SiO2粒子制備了穩(wěn)定的超疏水表面，并展現(xiàn)出了優(yōu)異的耐浸泡性能和耐蝕性能，能夠為基體提供持久的防護。李為民等[25]利用環(huán)氧樹脂(EP)和聚四氟乙烯(PTFE)納米粒子，通過噴涂和模壓兩種工藝分別制備低聲阻系數(shù)的全有機超疏水涂層，結(jié)果表明，PTFE粒子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%時，接觸角高達(dá)164.13°，并且該涂層具有良好的耐磨性能?！梆ず蟿?微/納米粒子”方法簡單，成本低廉，能夠大規(guī)模應(yīng)用。

本工作利用“黏合劑+納米粒子”的方法，以環(huán)氧樹脂(EP)和十六烷基三甲氧基硅烷(hexadecyltri-methoxysilane, HDTMS)修飾的二氧化硅(SiO2)納米粒子為原料，采用噴涂的方法在鎂合金表面構(gòu)建了一種無氟、機械穩(wěn)定的超疏水涂層。通過減小水滴與材料表面的接觸面積，該涂層表現(xiàn)出了優(yōu)異的耐鹽霧性能、自清潔性能和耐蝕性能，并且能為鎂合金基體提供高效且持久的腐蝕防護。

1 實驗材料與方法

1.1 實驗材料及準(zhǔn)備工作

本實驗所使用的基體材料為市售的AZ91D鎂合金，試樣尺寸為30 mm×30 mm×3 mm。所有試樣在使用前，依次用600#，1000#，1500#砂紙打磨光滑，然后用無水乙醇超聲清洗5 min，吹干。

1.2 超疏水EP復(fù)合涂層的制備

1.2.1 疏水SiO2粒子的制備

由于市售的SiO2納米顆粒表面含有大量羥基，呈親水狀態(tài)，所以利用低表面能物質(zhì)HDTMS對其進行修飾，使其獲得疏水性。具體實驗步驟如下：將5 g SiO2納米顆粒和2 mL HDTMS加入50 mL無水乙醇和10 mL蒸餾水的混合溶液中，30 ℃下恒溫攪拌反應(yīng)24 h，攪拌速率為400 r/min。反應(yīng)結(jié)束后，用無水乙醇離心洗滌5次，然后60 ℃下真空干燥24 h，得到疏水化的SiO2納米粒子(記作SH-SiO2)。

1.2.2 復(fù)合涂層的制備

首先稱取一定質(zhì)量的EP均勻噴涂在基體表面，室溫下預(yù)固化6 h待用。然后將一定量的EP和SH-SiO2粒子加入10 mL乙酸乙酯中，500 r/min強力攪拌10 min并超聲分散30 min，使SH-SiO2粒子均勻分散。超聲結(jié)束后加入0.2 mL聚二甲基硅氧烷(PDMS)，400 r/min攪拌1 h，然后加入相應(yīng)比例的EP固化劑，超聲5 min后，將懸浮液用帶0.4 mm噴嘴的噴槍均勻噴涂到之前預(yù)固化的EP涂層表面，在室溫下固化24 h后得到超疏水復(fù)合環(huán)氧涂層(記作SH-SiO2/EP)。超疏水復(fù)合涂層的主要制備流程如圖1所示。

圖1 SH-SiO2/EP超疏水涂層的制備流程圖

1.3 材料形貌及成分分析

1.3.1 修飾前后SiO2納米粒子的化學(xué)成分分析

傅里葉紅外光譜(FTIR)常被用來確定物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)。采用紅外光譜儀(VERTEX-70)研究低表面能物質(zhì)HDTMS修飾前后的SiO2粒子的化學(xué)成分變化，對其化學(xué)成分進行定性分析。

此外，采用場發(fā)射電子透射顯微鏡(FTEM, Talos F200X)觀察了修飾前后SiO2納米粒子的形貌，并采用FTEM自帶的X射線能譜儀(EDS)對納米粒子的元素種類進行分析，進一步確定其化學(xué)成分。

1.3.2 表面形貌及微觀結(jié)構(gòu)分析

使用高分辨率場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FSEM, Gemini 300)觀察復(fù)合涂層的微觀形貌。由于涂層的導(dǎo)電性較差，所有的試樣在觀測之前均需經(jīng)過濺射噴金處理。為了更直觀地展現(xiàn)涂層表面的三維形態(tài)特征，采用原子力顯微鏡(AFM, SPM-9700)研究涂層的三維結(jié)構(gòu)和表面粗糙度。

1.4 涂層性能測試

1.4.1 表面潤濕性測試

通過光學(xué)接觸角測量儀(JC2000D)在室溫下測量涂層試樣表面的水滴靜態(tài)接觸角和動態(tài)滾動角。取4 μL水靜置在涂層表面10 s后用接觸角測量儀自帶的相機拍照記錄水滴形狀，并采用量角法計算出接觸角數(shù)值，同時旋轉(zhuǎn)測試平臺使水滴在試樣表面滾動從而確定滾動角數(shù)值，進而確定涂層表面的潤濕性。為了保證可重復(fù)性，每個試樣隨機選擇3個不同位置進行測量，取其平均值作為最終的接觸角、滾動角數(shù)值。

1.4.2 耐蝕性測試

采用電化學(xué)工作站(CS350)對涂層試樣進行電化學(xué)阻抗譜(electrochemical impedance spectrum，EIS)測試，考察了復(fù)合涂層的長期耐蝕性能。采用三電極體系測試，工作電極為涂層試樣，對電極為鉑電極，參比電極為飽和甘汞電極(SCE)，腐蝕介質(zhì)為3.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)NaCl溶液，整個測試過程均在法拉第屏蔽箱內(nèi)進行。每次測試開始前，將涂層試樣在電解液中浸泡30 min。測試參數(shù)為：正弦擾動幅值5 mV，頻率掃描范圍100 kHz～0.01 Hz。

1.4.3 鹽霧實驗

鹽霧實驗是通過人工模擬鹽霧環(huán)境條件來評估材料耐腐蝕性能。按照國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 7253對涂層試樣進行鹽霧測試，測試條件：鹽霧為(50±10) g/L的NaCl溶液，pH =6.5～7.2(25 ℃)，噴霧壓力為70～170 kPa，鹽霧沉降量為每80 cm2的面積上1～2 mL/h，箱體溫度為(35±2) ℃。涂層試樣的被試面與垂直方向的角度為15°～30°。

1.4.4 加速老化循環(huán)測試

為了研究復(fù)合涂層的長期耐蝕性，設(shè)計了加速老化循環(huán)實驗。每個循環(huán)包括以下兩個步驟：首先進行24 h鹽霧老化，然后在5.0%NaCl溶液中浸泡24 h，最后對不同加速老化循環(huán)次數(shù)后的涂層進行EIS測試來考察涂層的耐蝕性。

1.4.5 摩擦磨損實驗

為了評價復(fù)合涂層的耐機械刮擦性能，本工作進行了往復(fù)摩擦實驗。將涂層試樣放置在1500#砂紙下方，并在9.8 kPa的壓力下往復(fù)摩擦，觀察不同摩擦循環(huán)后的涂層接觸角變化，來評估涂層的機械穩(wěn)定性。

此外，采用摩擦磨損試驗機(MS-ECT3000)在3.5% NaCl溶液中對涂層試樣進行摩擦磨損實驗，進一步考察涂層的機械穩(wěn)定性。摩擦磨損實驗采用直徑6 mm的Si3N4球作為研磨球，旋轉(zhuǎn)半徑為5 mm，旋轉(zhuǎn)速率為100 r/min，載荷19.6 N，并實時監(jiān)測摩擦因數(shù)和涂層阻抗的變化。

2 結(jié)果與討論

2.1 修飾前后SiO2粒子的化學(xué)成分分析

材料的化學(xué)成分對其潤濕性起著重要作用。本實驗使用HDTMS來修飾親水的SiO2粒子，相比于傳統(tǒng)的含氟低表面能物質(zhì)，HDTMS的降解產(chǎn)物更加綠色環(huán)保。為了確定SiO2和SH-SiO2納米粒子的化學(xué)成分，采用FTIR對其進行了分析(如圖2所示)。對于SiO2和SH-SiO2，它們在1064 cm-1處都有一個非常強的吸收峰，這歸屬于SiO2骨架中Si—O—Si鍵的特征吸收峰[26]。不同的是，SiO2在3427 cm-1處出現(xiàn)了一個寬吸收帶，這是由于SiO2分子上—OH的伸縮振動引起的[20]。大量—OH的存在是未經(jīng)處理的SiO2呈親水性的原因。而經(jīng)過HDTMS修飾后，SH-SiO2粒子出現(xiàn)兩個新的強吸收峰，分別位于2983 cm-1和2883 cm-1處，這是由HDTMS中十六烷基上的—CH3，—CH2—基團的C—H鍵的不對稱伸縮振動引起的[27-28]。另外，3427 cm-1處的吸收峰減弱，說明Si—OH基團與HDTMS發(fā)生了縮合反應(yīng)[20]。這些結(jié)果都表明HDTMS成功修飾了SiO2，非常有利于超疏水的實現(xiàn)。圖3顯示了修飾前后SiO2粒子的潤濕性，從圖中可以看出，未處理的SiO2粒子完全呈親水性，且可以均勻分散在水中，而SH-SiO2粒子在水中會分層，呈現(xiàn)出憎水性。

圖2 SiO2和SH-SiO2粒子的紅外圖譜

圖3 SiO2(a)和SH-SiO2(b)粒子的潤濕性

圖4展示了HDTMS修飾前后SiO2粒子的TEM形貌及元素組成?？梢钥闯?，SiO2和SH-SiO2粒子的粒徑并沒有明顯變化，都在20 nm左右。相應(yīng)的元素面分布結(jié)果則表明，SiO2粒子只包含Si，O元素；而對于SH-SiO2粒子，除了富含Si，O元素外，C元素也均勻分布在SH-SiO2粒子上，而C元素主要來源于HDTMS，這也表明HDTMS成功修飾了SiO2。

圖4 SiO2(a)和SH-SiO2(b)的TEM形貌及元素面分布圖

2.2 SH-SiO2含量對涂層潤濕性的影響

為了確定最佳SH-SiO2含量，本工作研究了不同含量的SH-SiO2所制備涂層的接觸角，如圖5所示。結(jié)果顯示，純EP涂層的接觸角為49.3°，呈親水性。隨著SH-SiO2含量的增加，涂層的接觸角逐漸增大。當(dāng)SH-SiO2含量達(dá)到20%時，涂層的接觸角超過150°，開始呈現(xiàn)超疏水性。繼續(xù)增加SH-SiO2的含量時，接觸角的增加不明顯。當(dāng)SH-SiO2的含量增加至30%時，涂層的接觸角達(dá)到最大(160.2°)；而繼續(xù)增加SH-SiO2含量至35%時，接觸角并無明顯變化，并且此時涂層表面出現(xiàn)了掉粉現(xiàn)象，這可能是由于SH-SiO2含量過多導(dǎo)致團聚，涂層與基體黏附力降低。以上結(jié)果表明，過少的SH-SiO2粒子不足以構(gòu)成超疏水表面所必須的粗糙微納分級結(jié)構(gòu)，從而難以產(chǎn)生足夠的“空氣墊”達(dá)到超疏水效果；而過多的SH-SiO2粒子又會導(dǎo)致團聚，降低涂層的結(jié)合力，使得微納結(jié)構(gòu)易被破壞。因此，本工作中SH-SiO2的最優(yōu)含量為30%。

圖5 SH-SiO2/EP涂層的接觸角隨SH-SiO2含量的變化

此外，當(dāng)超疏水涂層的基體材料傾斜5°時，水滴很容易從基材表面滾落(圖6)，展現(xiàn)出了極低的水親和力。這是由于超疏水表面的微納結(jié)構(gòu)形成的“空氣墊”能夠減小液相和固相的接觸面積，大幅提高水滴在表面的接觸角，導(dǎo)致水滴在表面極易滾落。如圖7所示，涂層表面的靜態(tài)水接觸角很大，并且染色的連續(xù)水流在經(jīng)過涂層表面時會被完全反彈開來。

圖6 SH-SiO2/EP試樣傾斜5°時水滴在涂層表面的滾動行為

圖7 SH-SiO2/EP涂層表面上水滴形態(tài)(a)和水流形態(tài)(b)的光學(xué)圖片

2.3 涂層的表面微觀形貌及粗糙度

除了低表面能物質(zhì)外，粗糙的微納結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)超疏水的必要條件。因此，本工作利用SEM對復(fù)合涂層的微觀形貌進行了觀測，如圖8(a)所示。SEM結(jié)果表明，SH-SiO2納米粒子緊密排列在基體表面，形成了均勻致密的微納米突起結(jié)構(gòu)，而這些微納結(jié)構(gòu)形成的“空氣墊”為超疏水的實現(xiàn)創(chuàng)造了有利條件。此外，本工作采用AFM對復(fù)合涂層的3D表面形貌及粗糙度進行了表征(如圖8(b)所示)，掃描范圍為5 μm×5 μm。AFM圖像顯示的結(jié)果與SEM結(jié)果基本一致，復(fù)合涂層表面呈現(xiàn)出凹凸不平的粗糙結(jié)構(gòu)，平均粗糙度Ra值為81.64 nm。

圖8 SH-SiO2/EP涂層的SEM形貌(a)和3D原子力形貌(b)

2.4 涂層穩(wěn)定性研究

超疏水表面的自清潔、防腐蝕等優(yōu)異性能主要取決于其超強的憎水性能。因此，為了評估復(fù)合涂層的穩(wěn)定性和耐久性，本工作將涂層試樣浸泡在3.5%NaCl溶液中，然后每隔3天取出并測量其表面水接觸角。從圖9(a)中可以看出，盡管涂層試樣表面的接觸角隨著浸泡時間的延長呈下降趨勢，但是涂層在前15天的浸泡過程中接觸角一直大于150°,呈超疏水性，并且即使在浸泡一個月后，涂層表面的接觸角依然高達(dá)103°，呈疏水性，表現(xiàn)出了優(yōu)異的耐浸泡性和穩(wěn)定性。圖9(b)展示了復(fù)合涂層在9.8 kPa的壓力下，經(jīng)1500#金相砂紙機械摩擦后的接觸角變化。從圖中可以看出，復(fù)合涂層在經(jīng)過100個摩擦循環(huán)后仍然呈超疏水性，表現(xiàn)出了良好的機械穩(wěn)定性。相比于電沉積法、溶膠-凝膠、LBL等傳統(tǒng)方法制備的超疏水表面，SH-SiO2/EP涂層表現(xiàn)出了更優(yōu)秀、更持久的疏水性能，這主要得益于EP與基體之間的高黏附性，使得涂層表面的微納結(jié)構(gòu)不容易被破壞，因而可以長時間保持疏水性能。

圖9 SH-SiO2/EP涂層的接觸角隨浸泡時間(a)和摩擦次數(shù)(b)的變化

2.5 涂層耐蝕性研究

為了考察復(fù)合涂層的長期耐蝕性，本工作研究了純EP涂層和SH-SiO2/EP涂層的阻抗隨加速老化循環(huán)次數(shù)的變化(如圖10所示)。從Nyquist圖中可以看出，EP涂層的阻抗隨著加速老化循環(huán)次數(shù)的增加而減小；EP涂層在老化前只存在一個半圓弧特征(一個時間常數(shù))，而在第三次加速老化循環(huán)后，Nyquist圖中出現(xiàn)了第二個半圓弧特征，并且半圓弧半徑大幅減小，說明此時腐蝕性介質(zhì)開始滲透到基體表面，基體表面開始發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。相比于純EP涂層，SH-SiO2/EP超疏水復(fù)合涂層在老化前的Nyquist圖中的半圓弧半徑更大，且在中高頻率段的相位角接近90°，表明此時涂層接近一個純電容；在經(jīng)歷3次加速老化循環(huán)后，復(fù)合涂層的EIS依然只有一個時間常數(shù)，加速說明此時涂層對基體仍然具有保護作用，表明復(fù)合涂層可以大幅延緩腐蝕介質(zhì)的滲透。

圖10 不同加速老化循環(huán)次數(shù)后涂層試樣的EIS圖

從Bode圖中可以看出，EP涂層和SH-SiO2/EP超疏水復(fù)合涂層試樣的低頻阻抗模值具有相同的演化規(guī)律，即隨著加速老化循環(huán)次數(shù)(|Z|0.01 Hz)的增加而減小。然而不同的是，復(fù)合涂層的模值更大且下降速度更緩慢。復(fù)合涂層的低頻阻抗模值在經(jīng)歷5次加速老化循環(huán)后仍然高于109Ω·cm2。相比之下，EP涂層的低頻阻抗模值在第3次加速老化循環(huán)后便急劇下降到107Ω·cm2，這表明復(fù)合涂層能夠為基體提供高效且持久的防護。

EIS的低頻阻抗模值常被用來評估涂層的整體耐蝕性能。為此，本工作提取了EP涂層和SH-SiO2/EP涂層試樣在不同加速老化循環(huán)次數(shù)后的|Z|0.01 Hz，如圖11所示。結(jié)果表明，相比于EP涂層，超疏水復(fù)合涂層的|Z|0.01 Hz更高且下降的速度更緩慢，表現(xiàn)出了更高效且持久的耐蝕性能。這可能是因為：一方面，涂層中的SH-SiO2納米粒子堵塞了EP涂層中的一些氣泡造成的微孔，增強了EP的阻隔屏蔽作用；另一方面，超疏水復(fù)合涂層表面的“空氣墊”大大減小了腐蝕介質(zhì)(主要是水和Cl-)和涂層表面的接觸，延緩了腐蝕介質(zhì)的滲透。

圖11 EP和SH-SiO2/EP涂層試樣的|Z|0.01 Hz隨加速老化循環(huán)次數(shù)的變化

2.6 涂層的摩擦磨損電化學(xué)性能

為了進一步考察復(fù)合涂層的機械穩(wěn)定性，本工作研究了在19.6 N載荷下，復(fù)合涂層試樣在3.5%NaCl溶液中的摩擦磨損電化學(xué)行為。從圖12中可以看出，復(fù)合涂層試樣在3.5%NaCl溶液中與研磨球之間的摩擦因數(shù)在前300 min中并無明顯變化，表明涂層結(jié)構(gòu)未被破壞。直至摩擦500 min后，摩擦因數(shù)急劇變化，這表明涂層結(jié)構(gòu)由于長時間的載荷下由于機械摩擦磨損開始被破壞。圖13展示了復(fù)合涂層試樣在19.6 N的荷載下進行機械摩擦磨損的實時阻抗變化。結(jié)果表明，在前6 h的機械摩擦磨損下，Nyquist圖中只有一個容抗弧；直至摩擦8 h后，才開始出現(xiàn)第二個時間常數(shù)，這表明由于涂層的輕微破壞，腐蝕介質(zhì)開始滲透到涂層內(nèi)部，但此時的|Z|0.01 Hz仍高達(dá)1.84×109Ω·cm2；當(dāng)機械摩擦10 h后，復(fù)合涂層的阻抗急劇減小，表明此時涂層破壞已經(jīng)比較嚴(yán)重，這與前面摩擦因數(shù)的變化結(jié)果是一致的。以上結(jié)果表明，復(fù)合涂層具有良好的耐機械摩擦性能。

圖12 SH-SiO2/EP涂層的摩擦因數(shù)隨摩擦?xí)r間的變化

圖13 SH-SiO2/EP涂層的EIS隨摩擦?xí)r間的變化 (a)Nyquist圖；(b)Bode圖

3 結(jié)論

(1)采用“黏合劑+納米粒子”的方法，以環(huán)氧樹脂(EP)為媒介，超疏水二氧化硅納米粒子(SH-SiO2)為原料，采用噴涂的方法在鎂合金表面構(gòu)建了持久穩(wěn)定的超疏水涂層(SH-SiO2/EP)。與傳統(tǒng)超疏水表面的制備方法相比，該涂層的制備過程完全無氟，更加綠色環(huán)保。

(2)通過調(diào)節(jié)疏水二氧化硅粒子的含量可控制復(fù)合涂層的表面潤濕性。當(dāng)SH-SiO2的含量為30%時，涂層的接觸角可達(dá)160.2°。

(3)SH-SiO2/EP涂層在3.5%NaCl溶液中浸泡15天后，其表面接觸角仍然高于150°，表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。

(4)在經(jīng)歷5次加速老化循環(huán)后，SH-SiO2/EP涂層的低頻阻抗模值仍然高于109Ω·cm2，展現(xiàn)出優(yōu)異的耐蝕性。

(5)在19.6 N的載荷下摩擦磨損8 h后，SH-SiO2/EP涂層的低頻阻抗模值仍高達(dá)1.84×109Ω·cm2，表明該涂層具有良好的機械穩(wěn)定性。