混酸刻蚀对氟系X管线钢表面疏水疏油膜的影响-高分子材料工程本科毕业论文（最终版） ㊣ 精品文档 值得下载

处理后钢试样表面的润湿性能也有所差异。

本实验中最佳刻蚀时间为，蒸馏水丙三醇和乙二醇的接触角分别达到和。

过短或者过长的刻蚀时间不利于钢试样表面膜的疏水疏油性能，这是因为时间过短，刻蚀不充分，表面形貌还未完全形成时间过长，刻蚀过度破坏已经生成的微纳米级粗糙结构，这样都不利于后续的修饰处理，从而导致疏水疏油性能变差。

修饰时间对润湿性的影响接触角大小刻蚀时间蒸馏水丙三醇乙二醇接触角大小修饰时间蒸馏水丙三醇乙二醇混酸刻蚀对氟系管线钢表面疏水疏油膜的影响图修饰时间对润湿性的影响由折线图可知，在混合酸浓度和刻蚀时间相同的情况下，当修饰时间处于时，接触角大小波动很小。

这说明在定修饰时间范围内，修饰时间对钢试样表面的润湿性能影响较小，这是因为十七氟癸基三乙氧基硅烷吸附在管线钢表面后形成有机分子薄膜，定时间后，膜的厚度不再增加，时间对修饰效果的影响有限。

化学刻蚀后试样的性能表征刻蚀后钢试样表面分析图刻蚀后的试样的图如图所示，经过与标准的卡片进行对比，为的特征衍射角度，说明经过化学刻蚀处理后的管线钢表面元素的衍射峰为铁元素的衍射峰，其他元素或者杂质的峰几乎可以忽略。

这说明化学刻蚀法对管线钢基体本身并没有损害作用。

混酸刻蚀对氟系管线钢表面疏水疏油膜的影响刻蚀后钢试样表面扫描电镜及接触角分析图未加入丁二酸的钢试样表面形貌图加入丁二酸的钢试样表面形貌图未加入丁二酸的接触角图片图加入丁二酸的接触角图片如图和图所示，通过对比观察加入丁二酸与未加入丁二酸的管线钢表面照片可以发现，两者均具有微纳米级凹凸的粗糙结构，采用不含有丁二酸的刻蚀液处理管线钢时，钢表面腐蚀不均匀，表面凸起大小不且分布不均匀，图是加入丁二酸后刻蚀管线钢的扫描电镜照片，试样表面反应均匀，各凸起的间距均匀，由此可见丁二酸对管线钢表面具有整平作用使反应更均匀。

由图和图可知，在相同条件处理后，未加入丁二酸的试样与蒸馏水接触角为，加入丁二酸的试样与蒸馏水的接触角为，这说明表面均匀的微细结构有利于后续低表面能操作，使疏水疏油性能更佳。

混酸刻蚀对氟系管线钢表面疏水疏油膜的影响放大倍放大，倍放大，倍放大，倍图刻蚀后钢试样表面形貌如图所示，进步观察的盐酸丁二酸刻蚀钢样后的电镜扫描图像，经过刻蚀后，由图像和可知，经过化学刻蚀后管线钢表面出现了定的粗糙度，表面形成微纳米级的沟壑和山峰，再进步放大观察，由图像和可知，沟壑和山峰中还存在二级结构，沟壑和山峰上存在着蜂窝状结构，而蜂窝状结构已经达到纳米级别。

两者结合构成具有二级结构的粗糙表面，这为后续的低表面能处理提供粗糙附着面，也是制备疏水疏油表面的关键结构。

综上所述，盐酸的存在对表面微纳米级结构的形成起到决定性作用而丁二酸的加入有利于减缓刻蚀液对管线钢表面的腐蚀作用，对试样表面有平整作用这样处理得到的管线钢试样的表面具有了二级的微细结构。

混酸刻蚀对氟系管线钢表面疏水疏油膜的影响低表面能修饰后试样的性能表征钢试样表面膜的红外光谱分析图经十七氟癸基三乙氧基硅烷修饰后的钢表面红外光谱图从图中可以看出，处键的红外吸收峰处出现红外吸收峰左右处出现的红外吸收峰，由于原始试样表面不存在有机官能团，和是十七氟癸基三乙氧基硅烷的特征元素，这些都说明氟硅烷成功吸附在钢试样表面。

从分子结构出发解释，十七氟癸基三乙氧基硅烷拥有两种极性不同的官能团，非极性的十七氟癸基和极性的乙氧基。

在溶液中容易发生水解反应，乙氧基转换为硅醇基，接着发生脱水缩合反应，在管线钢表面形成层共价键连接的具有低表面能的分子层，由于十七氟癸基具有很低的表面能，所以其所形成的立体网状结构具有很好的疏水疏油性能，所以进行化学修饰后疏水疏油性能更加优异。

混酸刻蚀对氟系管线钢表面疏水疏油膜的影响图十七氟癸基三乙氧基硅烷反应示意图钢试样的热稳定性图热处理后的接触角的变化如图所示，高温处理前，蒸馏水丙三醇和乙二醇与钢试样表面的接触，，，，，混酸刻蚀对氟系管线钢表面疏水疏油膜的影响，，，李康宁金属表面仿生超疏水材料的制备和性能研究东南大学，致谢本论文是在导师高荣杰老师的细心指导和帮助下完成的。

毕业设计的过程中，老师对大局的把控，严谨的治学态度，深厚的科研素养都让我感受到了个科研人的本色，让我受益匪浅，也将激励我更好自然地过渡到研究生生涯。

在此，我对高荣杰老师的谆谆教诲表示衷心感谢。

在实验中得到了刘勇师兄的大量无私的帮助，课题的设计课题的开展和实验数据的处理都得到了刘勇师兄帮助，同时实验室的其他师兄师姐也给予了我无私的支持。

非常感谢他们，同时也感谢材料院其他课题组的师兄师姐协助我完成相关测试。

分别约为，和。

放入加热炉中加热，温度设置为，高温处理后，蒸馏水丙三醇和乙二醇的与钢试样表面的接触角分别变为，和。

这说明经过热处理后，钢试样表面的疏水疏油性能恶化。

混酸刻蚀对氟系管线钢表面疏水疏油膜的影响钢试样在模拟海水中的抗腐蚀性检测图氟化处理后的双疏表面与原始钢试样表面极化曲线如图所示，利用电化学站测定氟化处理前后的钢试样表面的塔菲尔极化曲线，曲线是原始管线钢样极化曲线，曲线是经过氟化处理后的管线钢疏水疏油表面的极化曲线。

从图中可以看出，原始钢试样表面的自腐蚀电位大约为，通过氟化处理的管线钢表面的自腐蚀电位大约为，可以看出，自腐蚀电位朝正方向移动同时经过低表面能处理后的双疏表面的极化电流密度减小了个数量级，这说明经过混酸法制备的管线钢表面的抗腐蚀性能增强。

疏水疏油表面的抗腐蚀性能增强主要是因为氟化处理后，在管线钢钢试样表面形成层有机分子薄膜，通过定的工艺参数，膜具有定的厚度，延缓了腐蚀性溶液和金属基体接触，从而达到了良好的防腐效果。

第四章结论本文是基于化学刻蚀法制备疏水疏油表面，探索了混酸法制备管线钢表面疏水疏油膜的影响，通过对实验结果的表征取得了具体以下几个方面的结论对管线钢表面打磨后，利用混酸化学刻蚀法构造微纳米级别的粗糙表面，再利用低表面能物质十七氟癸基三异丙氧基硅烷进行修饰，可以有效制备超疏水疏油表面。

利用盐酸和丁二酸混合酸刻蚀法，得到最佳的工艺参数为盐酸的浓度为混酸刻蚀对氟系管线钢表面疏水疏油膜的影响，丁二酸的浓度为，化学刻蚀时间为，修饰时间为。

微纳米级粗糙结构的形成主要依赖盐酸的腐蚀，相同刻蚀时间前提下，过低过高的盐酸浓度不利于最佳表面形貌的生成相同酸浓度前提下，时间过短，微细结构未完全形成，时间过长，微细结构遭到破坏。

丁二酸的存在可以使钢表面形貌刻蚀得更加均匀，利于后续操作。

通过混酸法制备得到的管线钢疏水疏油表面在模拟海水中的自腐蚀电位升高，极化电流减小，所以抗腐蚀性明显增强。

参考文献田辉，杨泰生，陈玉清疏水理论研究进展山东陶瓷，王位管线钢仿生多尺度疏油功能表面的制备及性能中国石油大学华东，高玉凤典型固液界面热力学与动力学性质的分子动力学研究华东师范大学，李震，李衍飞纯液体的表面现象及相变过程的讨论泰山学院学报廉秀丹固液气扩散法制备超疏水表面长春理工大学，，喻华兵仿生超疏水纳米材料聚氨酯涂层的研究太原理工大学，，，李杰，张会臣，连峰，等基于激光加工和自组装技术硅基底超疏水表面的制备功能材料高雪峰，江雷天然超疏水生物表面研究的新进展物理李艳峰，于志家，于跃飞，等铝合金基体上超疏水表面的制备高校化學工程學報，，，，可接触的表面积。

当液滴置于固体表面时，假设液体充满了粗糙表面的空隙，液体与固体的实际接触面积超过了表观几何面积，从热力学平衡角度推导出方程式也可以写作表示粗糙度因子，其定义为液体润湿的实际面积与其在水平面的投影面积的比值。

表示为理想状态的表观接触角。

由于粗糙度因子恒大于，因此当时，表面越粗糙也就越疏水。

也就是说，完全浸润模型中，表面粗糙度可以强化固体表面本身的浸润性能。

虽然完全浸润模型改进了氏模型，但仍不具有普适性。

是我们很难得到实际固体表面的粗糙度因子，二是只有在液滴尺寸比粗糙结构尺寸大得多的情况下时才适用。

图模型年，等人修正了模型，提出了个不完全润湿模型。

如混酸刻蚀对氟系管线钢表面疏水疏油膜的影响图所示，他们认为由于接触表面化学成分不均匀性，所以还要考虑表面化学成分的作用。

模型认为，液滴下方存在空气层导致液滴不能完全浸润粗糙表面的空隙，实际上接触面可以看作是由固体表面和空气层组成的复合表面，经过理论推导，得出方程为式中，表示固体气体与液体组成的复合界面的表观接触角。

和分别为固液光滑界面的接触角和气液界面光滑界面的接触角，也称为本征接触角。

和分别为固液接触面积和气液接触面积占总的复合面的百分数。

实际上并且，空气和水的接触角总为，由此式也可用式表示因此液滴在固体表面本征接触角大于时，随着材料表面粗糙度的增大表观接触角也随之增大。

这是完全润湿模型的不同点，即使液滴在固体表面的本征接触角小于，因为表面生成层气泡膜而呈现疏水性质。

由于模型和模型都认为粗糙固体表面会影响固体表面的疏水性，但它们是基于不同的假设前提下推导出的模型。

实际情况下，由于液滴与固体表面的接触方式的差异，导致水滴物理动态机制也存在不同。

反之，可以根据液滴滴在粗糙固体表面的运动性能来判断水滴在固体表面是哪种润湿模型。

金属基疏水疏油表面的制备技术化学刻蚀法化学刻蚀法是种利用酸溶液或者碱溶液与金属在铸造过程或者后期人为处理中形成的位错发生腐蚀反应的直接有效的刻蚀方法。

当位错头或者位错线呈现在金属表面时，由于位错区域的点阵发生畸变，原子相对能量高