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液体盔甲保护金刚之身金属防腐新策略

发布时间:2022/5/13 14:21:11   
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金属防腐一直是工业领域的一个重要课题,比如,铝和铝合金就饱受腐蚀之苦,特别是在含有Cl-的介质中腐蚀更为严重,常见的防腐手段包括阳极保护、电镀、转化涂层等。在所有方法中,最有效也最实用的是在金属表面镀一层氧化物的钝化层,这对大部分的铝及铝合金材料均可实用。

而阳极氧化铝(AAO)是一种具有较高孔隙率的材料,其高比表面积不仅更易接触腐蚀液体,多孔结构也导致了腐蚀液体更易在孔道中积留,加速腐蚀过程。一种常规的思路是利用固态氧化材料堵孔来解决这一问题。另一种有效的方式是利用气体来堵孔,比如,在AAO表面涂覆一层超疏水涂层,使孔内形成气柱,让腐蚀液体无法渗入孔内。不过,疏水涂层在长期的使用过程中,腐蚀液会慢慢替代孔道中的空气,最终丧失保护能力。最近,来自普林斯顿大学的Chang-HwanChoi教授课题组提出了一种利用灌注油来对其进行防腐的方法,这一方法的一大优势在于,既不用寻找耐腐蚀的固体填料并繁琐的将其填充至孔内,又可提高长期防腐性能。相关成果发表于近期的AdvancedFunctionalMaterials上。

液体灌注式防腐阳极氧化铝示意图。图片来源:Adv.Funct.Mater.

这份工作的核心思路是现在阳极氧化铝的表面包裹一层特氟龙,再灌注一层油相(KrytoxGPL,杜邦公司生产的一种商用润滑剂)。灌注的油不仅能够对氧化铝起到防腐的作用,而且可以为表面提供自清洁能力。

如何快速的将油注入AAO的孔内是一个较大的挑战,因为AAO是死端孔道,因此灌注过程中需要将空气置换出来,而直接置换需要60min左右的时间。作者们提出了一种溶剂置换法,先用乙醇将孔内的空气置换出来,再用油置换乙醇,整个过程仅需几分钟。

不同材料表面接触角与滚动角,从左至右分别是铝、AAO、特氟龙涂覆的AAO、灌油的AAO及灌油且特氟龙涂覆的AAO。图片来源:Adv.Funct.Mater.

经过上述过程处理后的AAO表现出疏水性及优异的自清洁性能,其表面的水滴滚动角仅为3°;另一方面,通过电化学测试也表明,上述AAO膜的耐腐蚀性能十分优越。

更重要的是,传统的耐腐蚀涂层在面对材料经历弯折或外部损害后形成的裂痕会导致腐蚀容易在此处发生,传统的固态涂层无法解决这一问题,而液体涂层则不同,它能够通过流动填补裂痕,起到防腐作用。在本实验中,特氟龙涂覆的AAO在弯折后腐蚀电流密度提高了30倍,而灌油后AAO的腐蚀电流密度仅提高4倍。

腐蚀液腐蚀后的AAO,其中a为特氟龙涂覆的AAO,b为特氟龙涂覆后利用传统浸涂法浸入油的AAO,c为特氟龙涂覆后用溶液置换法灌入油相的AAO。图片来源:Adv.Funct.Mater.

——总结——

这项工作其实是液体灌注光滑多孔表面(slipperyliquid-infusedporoussurfaces,SLIPS)这一概念的延伸。自年这一概念首次被Nature报道以来,近年来受到了研究者们的广泛

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