摘要
摘钛及钛合金因具有强度高而密度小，机械性能好，无磁性等特点在航空、医药、航海、能源以及日常生活中都表现出巨大的应用价值。但钛及钛合金耐磨性较差，表面容易被破坏，影响其在诸多领域的应用。受荷叶效应启发，在钛合金表面设计超疏水涂层，能够优化其表面并强化其应用性能。但是目前报道制备的超疏水表面往往只考虑某方面的应用，且在复杂的实际环境中并不能保持其性能。本论文采用阳极氧化法在钛合金表面构筑了具有纳米管阵列结构的TiO2膜。该膜层不仅具有超亲水性，也表现出良好的耐蚀性。在此基础上，再利用低表面能物质修饰表面，得到超疏水复合涂层。该超疏水复合涂层具有良好的防污、自清洁和抗结冰性能。通过紫外光照和再修饰处理对超疏水复合涂层的润湿性进行了调控，实现了其在超疏水与超亲水之间的可逆转换。 首先，通过阳极氧化法在TA2钛合金表面制备了具有超亲水性的纳米管阵列的TiO2膜。研究了氧化电位、氧化温度和氧化时间对TiO2膜的纳米管阵列的构筑、粗糙度、润湿性以及耐蚀性能的影响。结果表明，氧化电位为45V、氧化温度为25℃、氧化时间为2h时，得到了有序的纳米管阵列结构的TiO2膜。此时的膜层具有超亲水性，其接触角为2°，粗糙度Ra为3.3μm，耐腐蚀性能最佳。 其次，在具有序的纳米管阵列的TiO2膜上，使用了1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷（PFDTES）修饰，得到了复合涂层。通过SEM、EDS以及XPS等表征手段分析了PFDTES与TiO2膜的结合形式，得到了PFDTES在纳米管阵列结构的TiO2膜表面的组装模型。通过接触角测试仪对涂层的润湿性能进行了表征，发现该涂层在不同pH和不同浓度的NaCl溶液中均表现出超疏水性。此外，制备的超疏水复合涂层具有优异的自清洁性、耐污染性和良好的耐蚀性、机械稳定性和抗结冰性。 最后，利用紫外光照射和重涂的方法实现了上述超疏水复合涂层的润湿性调控。超疏水复合涂层具有紫外光响应，可在特定波长的紫外光照下10min内变成超亲水，且复合涂层的重涂性好，在通过短暂的再浸泡后可恢复为超疏水。采用EDS和XPS对涂层表面组成进行分析，发现经紫外光照射后超疏水复合涂层的表面F元素含量降低，使涂层从超疏水性转变为超亲水性。重涂后复合涂层的F元素含量又得到了提高，涂层表面又恢复到超疏水性。通过电化学阻抗和塔菲尔曲线测试发现，复合涂层经多次润湿性转变循环后耐蚀性变化不大。实验对多次循环润湿性转变后的复合涂层进行了化学稳定性的测试，发现重涂前后的复合涂层在盐雾及湿热条件下均保持优异的超疏水性能。
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