论文部分内容阅读
随着海洋产业的飞速发展,海洋腐蚀与污损已经成为国内外学者研究的焦点问题。在材料表面施加保护层是常用的防护方法,主要包括涂覆有机涂料、电镀或热浸镀金属镀层以及热喷涂涂层等等。其中,热喷涂技术的恰当应用可以对海洋钢结构进行长期保护,是最有竞争力的方法之一。热喷涂铝涂层化学性质活泼,对海洋钢结构具有阴极保护作用。同时,改变铝涂层表面拓扑结构以及化学成分,能够有效抑制涂层表面微生物贴附,减缓生物污损。然而,几乎所有的热喷涂涂层均具有多孔性,海水会通过孔隙到达涂层/基体界面,进而引发电偶腐蚀。对此,常用的解决方法是在涂层表面涂覆封孔剂,该方法成本低、操作简单,但封孔剂改变了涂层表面预制的拓扑结构及化学性质,使涂层防污功能受损。因此,亟需开发一种新型热喷涂耐蚀防污涂层技术。本文采用粉芯丝材电弧喷涂制备铝和聚合物复合涂层,初步探索了复合涂层微观结构演变以及耐腐蚀性能。结果表明,喷涂过程中形成了三种不同类型的颗粒:单独存在的Al和UHMWPE颗粒、被Al半包覆的UHMWPE颗粒以及Al-UHMWPE核壳结构复合颗粒。其中前两类粒子中的UHMWPE在电弧的瞬间高温下完全熔化,呈层片状均匀分布于涂层孔隙处,实现聚合物组分的自封孔,从而有效提高铝基涂层耐腐蚀性能。而核壳结构中的UHMWPE由于Al壳的屏障作用未能完全熔化,呈块状沉积于涂层中,缺乏封孔和阻隔作用。在以上研究的基础上,采用粉芯丝材电弧喷涂将铜纳米颗粒（Cu NPs）添加至Al-PMMA自封孔涂层内部,研究了涂层的耐蚀和防污性能。结果表明,复合涂层防污效果良好,具有化学和物理两种防污机制:化学机制表现为Cu NPs释放到海水中,转化为Cu2+,与细菌接触并将其灭活;物理机制表现为Cu-Al电偶反应加速了Al的氧化,在涂层表面形成纳米针状结构,针状物尖端能够刺破细菌细胞膜使之破裂脱水凋亡。此外,细菌贴附和凋亡动态过程对涂层电化学性能影响的结果表明,细菌贴附和凋亡行为对涂层的腐蚀具有抑制作用。冷喷涂技术制备的Al涂层组织结构致密,无需涂覆封孔剂即可用于海洋环境,但冷喷涂Al涂层不具备海洋防污性能。因此,本文采用水热法生长银纳米线（Ag NWs）,添加至冷喷涂Al涂层中,研究了Ag NWs对涂层耐蚀和防污性能的影响。结果表明,Ag NWs在范德华力的作用下吸附在Al颗粒表面并成功沉积于涂层中。均匀分布的Ag NWs能够有效抑制材料表面生物膜的形成,进而避免或减少后续海洋生物的不良沉积。此外,由于Ag NWs掺入量少,涂层耐腐蚀性能未被恶化。