夏天，何秀權(quán)，章橋新，余金桂，車勇，劉蓉

表面功能化

簡易快速的表面超疏水涂層制備及其性能

夏天1，何秀權(quán)2，章橋新1，余金桂1，車勇1，劉蓉1

（1.武漢理工大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，武漢 430070；2.中南民族大學(xué) 激光與智能制造研究院，武漢 430074）

低成本簡易快速地制備出耐腐蝕超疏水涂層，并研究表面噴砂對超疏水涂層的影響。利用噴砂和拋光這2種表面處理方式和噴涂工藝在5050鋁合金板基體表面構(gòu)建出具有多級結(jié)構(gòu)的超疏水表面。通過潤濕性、電化學(xué)腐蝕、耐磨性、浸泡耐久性和自清潔測試等試驗(yàn)，分別評價制備樣品表面的潤濕性、耐海水腐蝕、耐磨性、耐長時間浸泡性能和自清潔性能，并通過掃描電子顯微鏡和能譜儀對表面形貌和元素成分進(jìn)行分析。制備的樣品表面具有優(yōu)異的超疏水性能。在30次噴涂次數(shù)下，噴砂基底的涂層表面的水滴靜態(tài)接觸角為(153.9±1)°，動態(tài)滾動角為(2.99±0.5)°。電化學(xué)腐蝕測試結(jié)果表明，噴涂氟硅樹脂/SiO2涂層可以有效增強(qiáng)鋁合金表面的耐腐蝕性能。試驗(yàn)中，樣品在25次砂紙摩擦后，拋光基底的涂層表面的接觸角為(97±1)°，噴砂基底的涂層表面的接觸角為(102.4±1)°。樣品在NaCl溶液浸泡10 d后，拋光基底的涂層表面的接觸角為(69.4±1)°，噴砂基底的涂層表面的接觸角為(113.7±1)°。所制備的噴砂和拋光基體在經(jīng)過不同次數(shù)的噴涂氟硅樹脂/SiO2復(fù)合涂料后具備超疏水性能，且噴砂基底的涂層表面具有更低的滾動角。涂層修飾的表面在NaCl溶液中的耐腐蝕性能隨著噴涂次數(shù)的提升而增強(qiáng)。在相同的噴涂條件下，噴砂處理基體能提高超疏水表面的耐腐蝕性、耐磨性和耐久性。

簡易制備；超疏水；氟硅樹脂；SiO2；噴砂；電化學(xué)腐蝕

超疏水性是一種極端的表面性質(zhì)，其特征表現(xiàn)為液體在表面的靜態(tài)接觸角大于150°，動態(tài)滾動角小于10°[1]。例如自然界中的荷葉，當(dāng)水滴在荷葉上時，會以水珠的形式留在荷葉上，并且當(dāng)葉面稍微傾斜時，水珠就會滾離葉面，帶走灰塵。因其特有的性質(zhì)，在防腐蝕[2]、自清潔[3]和水下減阻[4-5]等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用價值。目前制備超疏水基體結(jié)構(gòu)的主要方法有模板法[6]、線切割[7]、激光刻蝕[8]、3D打印[9]、溶膠-凝膠[10]、電沉積[11]等，但存在成本高、效率低的問題。

氟硅樹脂具有較低的表面能，因而可使工件表面具有優(yōu)異的疏水性能，其中形成分子構(gòu)造主結(jié)構(gòu)的硅氧烷鍵具有強(qiáng)大的鍵合能量和很高的熱分解溫度，能長時間保持涂膜特性的穩(wěn)定低表面能[12]。SiO2粉末顆粒尺寸可達(dá)到納米級，可以通過在低表面能涂料中添加納米顆粒的方式制作超疏水涂層[13-14]。納米粒子與低表面能物質(zhì)的混合，使表面同時擁有納米級突起和低表面能，從而可以簡便快速地獲得超疏水表面。

鋁合金作為常用工程材料有著質(zhì)量輕、延展性好、低成本的特點(diǎn)，但表面的氧化鋁薄膜易在充滿氯離子的海水環(huán)境中發(fā)生腐蝕[15]，可以通過在表面噴涂超疏水薄膜的方法隔離海水，以達(dá)到防腐蝕的目的。噴砂是一種表面處理工藝，其設(shè)備便宜。這種表面處理方法有利于大規(guī)模制備所需的表面，其原理是通過壓縮氣體推動堅(jiān)硬的噴料，形成高速噴射束撞擊工件表面，使工件表面產(chǎn)生細(xì)小的微坑。這種表面結(jié)構(gòu)不僅可以作為支撐液滴的結(jié)構(gòu)，還可以增加基體和涂層之間的附著力，延長涂層的耐久性。

1 試驗(yàn)

1.1 樣品制備過程

試驗(yàn)基底采用直徑為35 mm的5050鋁合金板，噴砂機(jī)用料選用16目的普通白剛玉砂料。選用500#、1000#的砂紙對樣品依次進(jìn)行拋光預(yù)處理，對獲得的光滑面試樣的一半基底進(jìn)行遮蓋，然后將噴砂機(jī)壓力調(diào)至0.5 Mpa對基底進(jìn)行噴砂，噴砂時間為10 s，獲得擁有一半的噴砂面和一半光滑面的鋁合金基底。將表面處理好的基底依次經(jīng)過丙酮、乙醇和去離子水超聲清洗后放入80 ℃的烘干箱中烘干。

在室溫環(huán)境下，將100 ML東莞市氟王新材料有限公司生產(chǎn)的氟硅樹脂（FW-8800）和無水乙醇按1∶1混合，再加入5 g緣江化工科技的50 nm SiO2。經(jīng)過20 min磁力攪拌和20 min的超聲波分散混合后放入噴壺。

樣品制備步驟為：在室溫環(huán)境下利用藤原W71G口徑1.0霧化噴漆槍進(jìn)行噴涂，空壓機(jī)壓力調(diào)至0.6 Mpa，噴涂距離為25 cm，噴涂方向與工件呈45°，噴涂次數(shù)為5、10、15、20、25、30。另外為了探究其極限另作60次噴涂樣品。將噴涂好的工件放入80 ℃的烘干箱中10 min，隨后放入250 ℃的馬弗爐中熔覆成膜。

1.2 性能測試及組織觀察

1）采用東莞晟鼎SDC-80光學(xué)接觸角測量儀對制備樣品表面接觸角和滾動角進(jìn)行測量。測量時，在樣品表面任選3處滴落去離子水測量，并取平均值。其中靜態(tài)接觸角測試使用5 μL的去離子水滴，動態(tài)滾動角測試使用10 μL的去離子水滴。

2）采用JSM-IT300掃描電子顯微鏡（SEM），加速電壓為20 kV，放大5 000倍對制備樣品表面微觀形貌進(jìn)行檢測，并采用其配置的X-MaxN20能譜儀（EDS）對制備樣品表面化學(xué)成分進(jìn)行檢測。

3）采用上海辰華CHI660D 電化學(xué)工作站測試樣品表面的耐腐蝕性能。使用三電極體系，其中飽和甘泵電極作參比電極，15 mm×15 mm×0.2 mm的鉑片作輔助電極，使用鋼鋸切割噴涂的鋁合金板打磨后制備成面積為1 cm2的試樣作工作電極。在25 ℃條件下將試樣浸泡至工作介質(zhì)為3.2% NaCl溶液中30 min，穩(wěn)定后測量開路電勢1，并選用1±0.2 V為動電位極化曲線的掃描幅值范圍，掃描速度為10 mV/s。

2 結(jié)果及分析

2.1 樣品斷面與元素分析

圖1為樣品宏觀圖，左側(cè)為噴砂基底右側(cè)為拋光基底。圖2為噴涂10次的噴砂基底鋁合金的斷面形貌。圖3為圖2中不同位置的能譜圖。由圖2可見，經(jīng)過噴砂沖擊表面產(chǎn)生了30 μm左右的微坑，并且在微坑有顆粒狀的附著物。由元素圖譜可以發(fā)現(xiàn)，A處的Si元素含量相對于B處有相當(dāng)大的提升，這表明圖譜A處的顆粒位置為SiO2顆粒。B處的平滑斜面上為氟硅樹脂薄膜，由于在氟硅樹脂中F元素的含量較少，并且F元素較輕，在圖譜中未能出現(xiàn)。圖3c顯示樣品中鋁元素含量為97.5%左右，與5050鋁合金元素含量基本一致。

2.2 潤濕性能分析

本文分別對噴砂表面基體和光滑表面基底進(jìn)行氟硅樹脂/SiO2涂層進(jìn)行噴涂，并對不同噴掃次數(shù)的基底表面進(jìn)行靜態(tài)接觸角和動態(tài)滾動角測量。圖4a為拋光基底和噴砂基底的靜態(tài)接觸角隨噴涂次數(shù)提高的數(shù)據(jù)。圖4b為拋光基底和噴砂基底動態(tài)滾動角隨噴涂次數(shù)提高的數(shù)據(jù)。

圖1 樣品宏觀圖

圖2 噴砂基體涂層斷面形貌

圖3 噴砂基體涂層斷面能譜圖

圖4 試樣潤濕性表征數(shù)據(jù)

對于靜態(tài)接觸角，Cassie等[16]考慮了水滴與粗糙平面的復(fù)合接觸狀態(tài)，并提出解釋方程：

cosc=1cos1–2(1)

式中：c為粗糙表面靜態(tài)接觸角；1為同一光滑表面的靜態(tài)接觸角；1為固體與液體接觸的表面面積分?jǐn)?shù)；2為固體與氣體之間接觸的表面面積分?jǐn)?shù)。對于靜態(tài)接觸角，在圖4a中可以發(fā)現(xiàn)，對于噴涂涂層的光滑表面基體，隨著噴掃次數(shù)的增加，表面接觸角增大，特別是在前20次噴涂過程中接觸角增大明顯，這是因?yàn)殇X合金拋光基體表面逐漸覆蓋上一層氟硅樹脂薄膜，隔離了親水的鋁合金基體與液滴之間的接觸，并且隨著噴涂次數(shù)的增加，表面SiO2顆粒逐漸變多，形成微凸表面結(jié)構(gòu)從而支撐液體，在間隙間形成空氣層。由式（1）可知，空氣層所占的表面面積分?jǐn)?shù)越高，表面的靜態(tài)接觸角越大，試驗(yàn)結(jié)果與理論公式一致。在20～30次的噴涂區(qū)間中，液體在表面的接觸角變化不大，造成此結(jié)果的原因是表面的SiO2顆粒飽和所產(chǎn)生的邊際效應(yīng)。對于噴涂涂層的噴砂表面基體，隨著噴掃次數(shù)的增加，表面接觸角的變化幅度沒有光滑表面的大，在15次往后基本穩(wěn)定，并在20次往后與光滑表面基體的接觸角大小重合。

圖5給出了10次和30次噴涂下噴砂基體表面形貌。可以看到，經(jīng)過噴砂的表面擁有更多的間隙能夠儲存空氣，從而擁有更好的潤濕性能，表現(xiàn)為接觸角大，滾動角小。對比圖5a和圖5c可以發(fā)現(xiàn)，圖5c中SiO2突起的數(shù)量明顯多于圖5a中，但由于噴砂造成表面結(jié)構(gòu)較大，SiO2突起沒有根本上改變其表面基本形貌，只是數(shù)量增多，從而引起接觸角增大。對比圖5b和圖5d可以發(fā)現(xiàn)，隨著噴涂次數(shù)的提高，圖5b中還存在未有微結(jié)構(gòu)的區(qū)域，而圖5d中基本全被納米級二氧化硅覆蓋。在20次以后噴砂與拋光基底的接觸角數(shù)據(jù)基本一致的原因是由于SiO2顆粒附著在噴砂表面結(jié)構(gòu)上，此時支撐水滴的基本上是突起的SiO2顆粒，與拋光基體表面性質(zhì)差不多。但噴砂基體的表面不規(guī)則間隙能夠使液滴在動態(tài)情況下更難被浸潤，故而液滴在噴砂表面上的滾動特性更好。

對于動態(tài)滾動角，Muarse等[17]假設(shè)固體表面微結(jié)構(gòu)為針尖陣列，建立了描述滾動角與接觸角關(guān)系的等式：

圖5 10次和30次噴涂下噴砂基體的表面形貌

式中：表示針尖側(cè)面與底面的比值；表示光滑表面的滾動角比例常數(shù)；c表示粗糙表面的接觸角；1表示光滑表面的靜態(tài)接觸角。由圖4b可以發(fā)現(xiàn)，相同噴涂次數(shù)條件下噴砂基底和拋光基底的數(shù)據(jù)相差較大，由式（2）可知，這是由拋光表面和噴砂表面的值差異所致。在相同微結(jié)構(gòu)底面積的條件下，表面越尖，值越大。而當(dāng)表面接觸角c大于150°、小于180°時，式（2）為單調(diào)遞減，即值越大，滾動角越小。噴砂表面由于存在被沙礫沖擊的微坑，表面形貌結(jié)構(gòu)比光滑噴涂表面更尖，故相同接觸角條件下，噴砂基體的動態(tài)滾動角更小。

圖6為進(jìn)行60次噴涂的噴砂基底與拋光基底的掃描電鏡圖?？梢钥吹?，經(jīng)過60次噴涂后，噴砂基底的涂層表面和拋光基底的涂層表面大致相同，此時獲得的接觸角分別為(146±1)°和(144.8±1)°，兩者相差不大，但相對于30次噴涂的153°時減小，這是因?yàn)檫^厚的涂層覆蓋住了微結(jié)構(gòu)，使得表面只有SiO2顆粒支撐液滴，導(dǎo)致接觸角減小。對于滾動角，此時噴砂表面為(10.74±0.5)°，拋光基底為(14.55±0.5)°，相對于30次噴涂時的(2.99±0.5)°和(9.42±0.5)°都增加了，但噴砂表面還是小于拋光表面。從圖5d中可以看到，在更細(xì)微的尺度上可以看出拋光基底的氟硅樹脂形成連續(xù)的膜層，而圖5b中噴砂基底的氟硅樹脂形貌還是與低噴涂次數(shù)類似，故而噴砂基底的滾動角較小。這是因?yàn)榉铇渲旧淼谋砻婺鼙容^低，適宜在平坦的表面上形成連續(xù)均勻的膜。

2.3 耐腐蝕性能測試

圖7給出了經(jīng)不同處理方式的試樣在海水中浸泡的動電位極化曲線，圖中（虛線）代表基體經(jīng)過噴砂處理，（實(shí)線）代表基體經(jīng)過拋光處理。選擇未經(jīng)過噴涂和分別噴涂10、30次的噴砂和拋光基體，一共6個試樣。試驗(yàn)中采用Tafel直線外推法得到腐蝕電流密度，圖中（腐蝕電位）的值越高代表材料表面越不容易發(fā)生腐蝕，（腐蝕電流密度）的值越大代表金屬發(fā)生腐蝕的速度越大。

由數(shù)據(jù)分析可知，隨著噴涂次數(shù)的增多，腐蝕電位逐漸增大，對于未噴涂涂層的拋光和噴砂試樣的腐蝕電位分別為?0.817 V和?1.032 V，對于噴涂10次噴砂和拋光基底的腐蝕電位分別為?0.803 V和?0.755 V，而對于噴涂30次的噴砂和拋光試樣的腐蝕電位分別為?0.449 V和?0.481 V?？梢钥吹剑g電位隨著噴涂次數(shù)的增加而增大，腐蝕電流隨著腐蝕電位的增大而減小，這是由于涂層的厚度增加導(dǎo)致金屬基底更難與海水接觸產(chǎn)生腐蝕反應(yīng)。其中未經(jīng)噴涂的噴砂試樣比未經(jīng)噴涂的拋光試樣更容易腐蝕原因，噴砂造成表面凹凸不平的突起增大了與海水之間的接觸面積，并且由于噴砂表面微觀不一致，凸起部分更容易被腐蝕，而拋光表面因?yàn)槿毕菹鄬^小故而比噴砂表面更耐腐蝕，由于兩者基材相同，故而在腐蝕電流上沒有顯著差異。同樣，對于噴涂10次的試樣，此時涂層覆蓋率不高，并且表面的疏水性未能達(dá)到超疏，還存在拋光試樣比噴砂試樣更耐腐蝕的情況，但兩者的差距在減小。當(dāng)噴涂次數(shù)達(dá)到30次時，噴砂試樣呈現(xiàn)出了比拋光試樣更耐腐蝕的現(xiàn)象，這是由于在超疏水狀態(tài)下噴砂試樣表面有更好的動態(tài)潤濕性行為，樣品表面的疏水性更強(qiáng)，使得在表面產(chǎn)生了一層空氣膜，從而形成了基體與海水之間的物理隔絕，阻礙腐蝕反應(yīng)。

圖6 噴砂和拋光基體表面形貌對比

圖7 模擬海水腐蝕試驗(yàn)中的動電位極化曲線

2.4 耐磨性能測試

圖8為噴涂30次的超疏水表面的耐磨試驗(yàn)形貌。采用砂紙摩擦的方法來測量涂層表面的耐磨性，將試樣涂層面向砂紙，然后在試樣上放置150 g的重物，為保證涂層充分摩擦，將試樣沿著紅色路徑方向水平和垂直方向分別移動120 mm，此為一個循環(huán)次數(shù)。每次循環(huán)結(jié)束后測量其接觸角，進(jìn)行25次。

圖8 噴涂30次的超疏水表面的耐磨試驗(yàn)形貌

圖9為噴涂30次的超疏水表面的耐磨試驗(yàn)數(shù)據(jù)。噴涂30次的噴砂和光滑表面在最開始的4次摩擦后，超疏水性能急劇衰減，并且光滑表面的衰減程度大于噴砂表面，這是由于光滑表面只有SiO2顆粒提供微結(jié)構(gòu)支撐，而噴砂表面擁有凹坑和SiO2顆粒形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)。隨著摩擦次數(shù)的增加，噴砂表面和拋光表面的接觸角大小開始趨近，這是因?yàn)殡S著摩擦的加劇，噴砂表面的凹坑結(jié)構(gòu)逐漸被磨平，失去儲存空氣的空間。但由于凹坑底部仍有涂層存留，故而接觸角相對于同樣被摩擦的光滑表面較大。對比參考文獻(xiàn)[18-19]中的摩擦試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)本文所制備的涂層的耐磨性能一般，這是由于涂層硬度不高以及5050鋁合金基底本身不耐磨所致。但在同樣的噴涂條件下，通過噴砂處理基底可以在一定程度上提高涂層超疏水表面的耐磨性。

圖9 噴涂30次的超疏水表面的耐磨試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.5 長時間浸泡測試

圖10為噴涂30次的試樣放入3.2%NaCl溶液中長時間浸泡的數(shù)據(jù)，隔1 d將試樣拿出吹干測量其接觸角，測量后立刻放回溶液中繼續(xù)浸泡。可以看到，在第2天拿出試樣時，拋光面被完全浸潤，而噴砂面還是干燥的。同時光滑面的接觸角急劇降低到81.7°左右，而噴砂面還維持在超疏水狀態(tài)。隨著時間推移，光滑表面的接觸角維持在70°左右，與未噴涂的鋁合金表面相似，而噴砂表面從邊緣位置逐漸被浸潤且接觸角逐漸降至120°左右，到了第10天噴砂表面被浸潤至一半。在同樣噴涂條件下，噴砂涂層表面的疏水性能比光滑涂層表面擁有更優(yōu)秀的抗長時間NaCl溶液浸泡的能力。本文所制備的噴砂基底涂層的接觸角，隨NaCl溶液浸泡時間的延長，下降程度與文獻(xiàn)[20]中相差不大，且成本低廉，均具有良好的應(yīng)用前景。

圖10 噴涂30次的超疏水表面的長時間浸泡試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.6 自清潔性能測試

由于超疏水表面的特殊潤濕性能，其可在自清潔領(lǐng)域發(fā)揮作用。本文對鋁基涂層表面的自清潔性能進(jìn)行測試，選用噴砂表面與光滑表面滾動角差異較大的、噴涂次數(shù)為20的樣品。圖11為噴砂和拋光組合試樣的自清潔試驗(yàn)形貌。由圖11可知，當(dāng)水珠滴在樣品表面時，水珠會在表面形成球體滾動，并且?guī)ё弑砻娓采w的塵土。在圖11中可以看到，潤濕性能較好的噴砂涂層表面上的液體不易停留，自清潔性能好。而潤濕性能較差的光滑表面液體容易在表面聚集且黏附形成污漬團(tuán)，自清潔性能較差。綜上所述，具有優(yōu)異超疏水性能的噴砂涂層表面在水珠滾落條件下具有優(yōu)異的自清潔性能。

圖11 噴涂20次的超疏水表面的自清潔試驗(yàn)形貌

3 結(jié)論

1）本文對5050鋁合金基板預(yù)先進(jìn)行噴砂和拋光處理，再經(jīng)過噴涂氟硅樹脂/SiO2復(fù)合涂料，當(dāng)噴涂次數(shù)到達(dá)15次時，噴砂涂層表面具有超疏水性能，到達(dá)25次時，拋光涂層表面具有超疏水性能。相同噴涂條件下，噴砂涂層表面具有更低的滾動角。

2）本文制備的5050基體涂層表面在3.2% NaCl溶液中的耐腐蝕性能隨著噴涂次數(shù)的提升而增強(qiáng)。在電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)在達(dá)到超疏水條件下后，噴砂涂層表面相對于拋光涂層表面擁有更好的耐腐蝕性能。

3）通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在相同的噴涂條件下，噴砂涂層表面相對于拋光涂層表面有更好的耐磨、耐NaCl長時間浸泡性能和自清潔性能，更利于實(shí)際應(yīng)用。

[1] XIAO Xin-yan, XIE Wei, YE Zhi-hao. Preparation of Cor-rosion-Resisting Superhydrophobic Surface on Alu-minium Substrate[J]. Surface Engineering, 2019, 35(5): 411-417.

[2] 張海永, 曹京宜, 馮亞菲, 等. AZ31鎂合金Ni-P/NiO耐腐蝕超疏水表面的制備及其性能研究[J]. 腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù), 2019, 31(4): 411-416.

ZHANG Hai-yong, CAO Jing-yi, FENG Ya-fei, et al. Preparation and Corrosion Performance of Ni-P/NiO Superhydrophobic Surface Film on AZ31 Mg-Alloy[J]. Corrosion Science and Protection Technology, 2019, 31(4): 411-416.

[3] VOROBYEV A Y, GUO Chun-lei. Multifunctional Sur-faces Produced by Femtosecond Laser Pulses[J]. Journal of Applied Physics, 2015, 117(3): 033103.

[4] 朱孟磊. 低表面能仿生微納表面的制備及減阻性能研究[D]. 大連: 大連理工大學(xué), 2014.

ZHU Meng-lei. Fabrication of Low Surface Energy and Bionic Micro-Nano Surface for Drag Reduction[D]. Da-lian: Dalian University of Technology, 2014.

[5] 孫樹偉, 鄭旭, 孔高攀, 等. 壁面帶微結(jié)構(gòu)管道內(nèi)Cassie狀態(tài)穩(wěn)定性的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 實(shí)驗(yàn)流體力學(xué), 2013, 27(3): 1-6.

SUN Shu-wei, ZHENG Xu, KONG Gao-pan, et al. Ex-perimental Study of Cassie State Stability Inside a Mic-rochannel with Microstructured Surface[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2013, 27(3): 1-6.

[6] 丁云飛, 伍彬, 吳會軍. 基于模板熱壓法制備超疏水柱狀結(jié)構(gòu)表面[J]. 現(xiàn)代化工, 2014, 34(11): 65-68.

DING Yun-fei, WU Bin, WU Hui-jun. Preparation of Super- Hydrophobic Cylindrical Micro-Structure Surface Based on Template Hot- Pressing Method[J]. Modern Chemical Industry, 2014, 34(11): 65-68.

[7] 李雷. 基于電火花線切割加工的鋁合金表面微結(jié)構(gòu)潤濕性研究[D]. 哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學(xué), 2020.

LI Lei. Study on the Wettability of Aluminum Alloy Surface Microstructure Based on WEDM[D]. Harbin: Harbin Institute of Technology, 2020.

[8] 張騰蛟. 基于激光加工的仿生超疏水表面及減阻技術(shù)研究[D]. 哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學(xué), 2020.

ZHANG Teng-jiao. Research on Bionic Superhydropho-bic Surface and Drag Reduction Technology Based on Laser Processing[D]. Harbin: Harbin Institute of Techno-logy, 2020.

[9] 唐昆, 李典雨, 陳紫琳, 等. 3D打印制備各向異性超疏水功能表面的定向輸送性能[J]. 表面技術(shù), 2020, 49(9): 157-166.

TANG Kun, LI Dian-yu, CHEN Zi-lin, et al. Directional Transport Properties of Anisotropic Superhydrophobic Functional Surfaces Prepared by 3D Printing[J]. Surface Technology, 2020, 49(9): 157-166.

[10] XIE A-tian, CUI Jiu-yun, CHEN Yang-yang, et al. One- Step Facile Fabrication of Sustainable Cellulose Mem-brane with Superhydrophobicity via a Sol-Gel Strategy for Efficient Oil/Water Separation[J]. Surface and Coa-tings Technology, 2019, 361: 19-26.

[11] AKBARI R, GODEAU G, MOHAMMADIZADEH M R, et al. Fabrication of Superhydrophobic Hierarchical Surfaces by Square Pulse Electrodeposition: Copper-Ba-sed Layers on Gold/Silicon (100) Substrates[J]. Chem-Plus-Chem, 2019, 84(4): 368-373.

[12] 時米超, 王明剛. 有機(jī)硅改性氟樹脂涂料研究進(jìn)展[J]. 化工新型材料, 2008, 36(11): 16-17, 90.

SHI Mi-chao, WANG Ming-gang. Progress in Fluoro-Si-licone Modified Coatings[J]. New Chemical Materials, 2008, 36(11): 16-17, 90.

[13] WANG Jin-yan, CHEN Xin-hua, KANG Ying-ke, et al. Preparation of Superhydrophobic Poly(methyl methacry-late)-Silicon Dioxide Nanocomposite Films[J]. Applied Surface Science, 2010, 257(5): 1473-1477.

[14] 楊碩, 李志文, 張文夢, 等. 含氟聚芳醚酮超疏水涂層及其性能[J]. 復(fù)合材料學(xué)報, 2021, 38(12): 4004-4013.

YANG Shuo, LI Zhi-wen, ZHANG Wen-meng, et al. Fluorinated Poly(aryl ether ketone) Superhydrophobic Coatings and Their Properties[J]. Acta Materiae Com-positae Sinica, 2021, 38(12): 4004-4013.

[15] 解利昕, 謝呈香, 王世昌. 鋁合金海水介質(zhì)中腐蝕行為研究[J]. 化學(xué)工業(yè)與工程, 2015, 32(6): 47-51.

XIE Li-xin, XIE Cheng-xiang, WANG Shi-chang. Cor-rosion Behavior of Aluminum Alloy in Seawater[J]. Che-mical Industry and Engineering, 2015, 32(6): 47-51.

[16] CASSIE A B D, BAXTER S. Wettability of Porous Sur-faces[J]. Transactions of the Faraday Society, 1944, 40(0): 546-551.

[17] MURASE H, FUJIBAYASHI T. Characterization of Molecular Interfaces in Hydrophobic Systems[J]. Pro-gress in Organic Coatings, 1997, 31(1-2): 97-104.

[18] 鐘秋華, 余龍飛, 賈康樂, 等. 微納復(fù)合結(jié)構(gòu)超疏水涂層的制備及性能研究[J]. 化工新型材料, 2021, 49(S1): 155-160.

ZHONG Qiu-hua, YU Long-fei, JIA Kang-le, et al. Pre-paration and Property of Micro-Nano Composite Struc-ture Superhydrophobic Coating[J]. New Chemical Mate-rials, 2021, 49(S1): 155-160.

[19] 謝嬌. 鎂合金表面超疏水涂層的制備及耐磨、耐蝕和生物性能研究[D]. 重慶: 重慶大學(xué), 2019.

XIE Jiao. Study on Preparation and Properties of Anti- Ab-ra-sion, Anti-Corrosion and Biology of Superhydro-phobic Coatings on Mg Alloy[D]. Chongqing: Chongqing University, 2019.

[20] 劉喻波, 譚遠(yuǎn), 薛靜靜. 低成本超疏水涂層在壓力容器和管道中的防腐和自清潔性能[C]//壓力容器先進(jìn)技術(shù)——第十屆全國壓力容器學(xué)術(shù)會議. 合肥: 中國機(jī)械工程學(xué)會壓力容器分會, 2021: 327-336.

LIU Yu-bo, TAN Yuan, XUE Jingj-ing. Preparation of Anti-Corrosive Super-Hydrophobic Coating and Its Application in Pressure Vessels and Pipelines[C]// Advan-ced Technology for Pressure Vessels-the paper collection of the 10th National Pressure Vessel Academic Conferen-ce. Hefei: Vessel Branch of Chinese Mechanical Enginee-ring Society, 2021: 327-336.

Simple and Rapid Fabrication and Properties of Superhydrophobic Coatings on the Surface

1,2,1,1,1,1

(1. School of Mechanical and Electronic Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China; 2. Institute of Laser and Intelligent Manufacturing, South-Central University for Nationalities, Wuhan 430074, China)

The current state of the superhydrophobic surfaces fabrication has the disadvantage of high cost and complicated process. We manufacture a superhydrophobic surface by SiO2particles and fluorosilicone resinto. They are mixed to prepare the coating and sprayed on the surface of 5050 aluminum alloy, and cured at 250 ℃ to obtain the superhydrophobic surface. Sandblasting can impact the surface of the sample to create microstructure which can improve the superhydrophobicity of the surface while enhancing the surface performance and set up a variety of tests to study the impact of the sandblasted surface. This process is low cost and simple.

5050 aluminum alloy as base materials and smooth them by sandpaper, half of the surface base was covered, then the surface was sandblasted under 0.5 Mpa pressure, the sandblasting time was 10 s, to obtain a base with half of the sandblasted surface and half of the polished surface. The substrate was cleaned, dried and then sprayed. The step test was carried out by controlling the number of spraying times from 5 to 30. Dry the sprayed sample at 80 ℃ and put it into the muffle furnace cure at 250 ℃. Through wettability test, electrochemical corrosion test, abrasion resistance test, long term immersion resistance test and self-cleaning test, we evaluated the wettability, seawater corrosion resistance, abrasion resistance, and long term immersion resistance of the sample surface. The surface topography and elementary composition were analyzed by SEM and EDS.

After controlling the number of sprays, the surface had super-hydrophobic properties. The contact angle of droplets on the sandblasted surface under 30 spraying times was (153.9±1)°, and the rolling angle was (2.99±0.5)°. The electrochemical corrosion test showed that spraying fluorosilicone resin/SiO2coating can improved the corrosion resistance of the 5050 surface. It was found in SEM that SiO2particles can form lotus-like sub-micron protrusions on the surface of the substrate. The lowest corrosion current was 0.22 μA/cm2, and the highest corrosion voltage was 0.449 V. The contact angle of the sandblasted surface was (102.4±1)°, and the contact angle of the polished surface was (97±1)° after 25 times of rubbing. The contact angle of the sandblasted surface was (113.7±1)°, and the contact angle of the polished surface was (69.4±1)° after 10 days of soaking in NaCl solution. In the self-cleaning test, the sandblasted coating surface of the sample sprayed 20 times showed superior self-cleaning performance compared to the smooth coating surface.

When the number of spraying reaches 15 times, the surface of the sandblasted coating has superhydrophobic properties. When it reaches 25 times, the surface of the polishing coating has superhydrophobic properties, and the sandblasted surface has a lower rolling angle. The corrosion resistance of the coated surfaces in NaCl solution enhance with the number of spray applied, it is found that the surface of the sandblasted coating is relatively it has better corrosion resistance on the polished coating surface. Under the same spray conditions, sandblasting the substrate can improve the corrosion resistance, wear resistance and durability of the superhydrophobic surface.

simple preparation; super-hydrophobic; fluorosilicone resin; SiO2; sandblasting; electrochemical corrosion

TB34

A

1001-3660(2022)10-0328-08

10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.10.035

2021–09–01；

2021–12–06

2021-09-01；

2021-12-06

國家自然科學(xué)基金（51210008）

National Natural Science Foundation of China (51210008)

夏天（1997—），男，碩士研究生，主要研究方向?yàn)闄C(jī)械工程。

XIA Tian (1997-), Male, Postgraduate, Research focus: mechanical engineering.

何秀權(quán)（1984—），男，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)榧す饧庸ぜ夹g(shù)。

HE Xiu-quan (1984-), Male, Master, Engineer, Research focus: laser processing technology.

夏天, 何秀權(quán), 章橋新, 等. 簡易快速的表面超疏水涂層制備及其性能[J]. 表面技術(shù), 2022, 51(10): 328-335.

XIA Tian, HE Xiu-quan, ZHANG Qiao-xin, et al. Simple and Rapid Fabrication and Properties of Superhydrophobic Coatings on the Surface[J]. Surface Technology, 2022, 51(10): 328-335.

責(zé)任編輯：萬長清