铜表面超疏水涂层的制备及腐蚀行为研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jacychang
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铜具有良好的导电性、导热性及延展性等,但是在潮湿或含有腐蚀性介质的环境中也非常容易遭到腐蚀,对铜的使用造成了一定的困扰。寻找一种高效耐蚀涂层对铜及铜制器件具有实际意义。本文利用简单的浸涂方法成功在纯铜表面制备了PDMS/硅藻土及PDMS/硅藻土/SiO2超疏水涂层,旨在提高铜的耐蚀性。通过研究PDMS及硅藻土的质量比及制备过程中浸涂次数对PDMS/硅藻土涂层表面形貌、物相组成、润湿性及耐蚀性的影响规律,分析了影响涂层耐蚀性能的主要因素,并阐明了超疏水涂层的耐蚀机制。此外,为了修饰涂层表面的粗糙结构,在浸涂液中加入了不同质量的纳米二氧化硅颗粒,研究了纳米二氧化硅含量对超疏水涂层形貌、润湿性及耐蚀性能的影响,探究了涂层在NaCl溶液中长期浸泡时阻抗谱的演化规律。研究结果表明,具有微纳米结构的硅藻土与低表面能的PDMS相结合使涂层具有超疏水的特性。PDMS及硅藻土的质量比及浸涂次数对涂层中硅藻土的暴露面积及涂层的厚度产生了显著的影响,进而改变了涂层的润湿性及耐蚀性。涂层表面完全覆盖硅藻土颗粒后,其接触角为150°~155°。纳米二氧化硅的加入修饰了涂层的微观结构,使涂层的接触角明显提升,其中浸涂液中加入0.3g的纳米二氧化硅后,涂层的接触角达到了167°,说明该涂层具有优异的超疏水性能。极化曲线及电化学阻抗谱结果表明涂层的存在明显提高了铜的耐蚀性。涂层的润湿性及厚度是影响涂层耐蚀性的重要原因,随着浸涂液中硅藻土含量的增加及浸涂次数的增多,涂层的耐蚀性呈现上升的趋势,在极化曲线中表现为腐蚀电流密度的下降及钝化区域增大,当PDMS及硅藻土的质量比为1:2,浸涂次数为3次所制备的涂层具有最好的耐蚀性,其腐蚀电流密度仅为5.16×10-9A/cm2,比纯Cu的腐蚀电流密度(3.64×10-6 A/cm2)约下降了3个数量级,该涂层的保护效率达到了99.86%。当涂层浸泡在NaCl溶液中时,在浸泡初期,涂层表面的微纳米结构能够捕获空气形成空气层,从而有效隔绝溶液向基体的渗透,此时涂层具有较高的阻抗值;随着浸泡时间的增加,空气层消失,溶液渗透到涂层内部,在阻抗谱图中表现为阻抗值的下降及低频处出现新的时间常数。但是对于较厚的涂层,其在较长的浸泡时间内均可保持较高的阻抗值,从而使涂层表现出良好的耐蚀性。在其他条件相同的情况下,含纳米二氧化硅颗粒的涂层表现出更加优异的耐蚀性,这归功于其出色的超疏水性能。
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