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化学刻蚀法制备超疏水铝基涂层及其性能研究

超疏水涂层，耐蚀性，自清洁

极端的海洋环境将加速钢铁结构的腐蚀，致使海上设备退化，缩短海上设备使用寿命。表面涂层可以在如此严酷的海洋环境中保护钢铁结构，能够有效的提高这些海上设备的寿命。热喷涂法制备的铝涂层具有成本低、无毒性和阴极电化学保护等优点，可广泛应用于钢铁结构的腐蚀防护。然而，在高温高湿的海洋环境中，铝涂层的腐蚀速率显著增加，限制了铝涂层的广泛应用。因此，提高铝涂层在极端海洋环境中的耐腐蚀性能仍然极具挑战性。

为了提高铝涂层的耐蚀性，一种有效的防腐方法是赋予金属表面超疏水性能。超疏水表面具有独特的微观结构，液滴易于在表面上滚动而不是被钉住，显示出较高的水接触角（>150°）和较低的接触角滞后（<10°），能够进一步的提高铝涂层的耐腐蚀性能。然而，在海洋防护中，钢表面超疏水铝涂层的制备及其防护性能的研究仍然是一个难题。

本文探讨了在钢表面制备超疏水铝涂层的可能性，评价了涂层的耐蚀性及自清洁性能。首先采用高速电弧喷涂工艺在钢基体上制备铝涂层，然后用0.1M氢氧化钠溶液进行超声刻蚀，最后将试样浸入1%氟硅烷乙醇溶液中进行修饰，分析了刻蚀时间对超疏水涂层表面形貌、接触角、耐蚀性和自清洁性能的影响。结果表明，当刻蚀时间为7min时，涂层表面具有微纳米级不规则多孔结构，经低表面能物质氟硅烷修饰后，涂层的接触角增加到153.4°，滚动角减小至6.6°，表明其具有超疏水性能。超疏水涂层表面对液滴的附着力很弱，液滴易从涂层表面滚落，从而带走涂层表面的灰尘等物质，其表面表现出优异的自清洁性能。涂层的电化学实验表明，与喷涂态铝涂层相比，超疏水铝涂层的腐蚀电位（-0.62 V）高于喷涂态涂层（-0.78 V），腐蚀电流密度（1.36×10⁻⁸A cm⁻²）比喷涂态（1.18×10⁻⁶A cm⁻²）低两个数量级，相应的腐蚀抑制效率（ηp）达到98.9%。从涂层的电化学阻抗谱中可以看出，超疏水涂层的电荷转移电阻（Rct）是喷涂态涂层的12倍。研究表明，化学刻蚀法制备的超疏水铝涂层比喷涂态铝涂层具有更好的耐腐蚀性能和自清洁行能，能够给海洋环境中的钢铁结构提供良好的防护能力。