147 / 2021-04-04 16:18:11

润滑油填充多尺度微纳氧化铝结构的防腐性能研究

超滑表面,耐蚀性,阳极氧化铝,纳米线

       在大自然的启发下，以猪笼草为灵感的超滑表面因其优异的疏液性、自修复性和耐蚀性得到持续关注和发展。然而，常用的浅层多孔或微纳凸起结构的超滑涂层在长期腐蚀中耐腐蚀性能会逐渐降低，因此急需开发耐久性更加优异的基底结构。本研究通过控制氧化过程制备阵列分布式纳米线结构AAO，经过PAO润滑油填充得到超滑涂层，实现了在模拟海水溶液中浸泡240天耐腐蚀性能无明显衰减的优异稳定特性，分析表明纳米线结构比常规纳米孔结构更有利于储油和缓解润滑油的流失，本研究结果可为开发更耐久的润滑油填充超滑涂层提供借鉴。

       首先，通过不同氧化处理制备出纳米孔、纳米扩孔和纳米线等多种微纳双层结构的氧化铝AAO基底，并进行表面改性处理以提高粗糙表面超疏水性，促进润滑剂的铺展和储存。其次，将将润滑油PAO 40 采用溶剂置换法浸入上述不同结构基底中得到超滑涂层。扫描电子显微镜和光学显微镜的图像都显示润滑油覆盖了粗糙结构表面。相较于超疏水表面，三种不同结构的超滑表面接触角相似且均大幅下降，但其表面浸润状态未发生变化，液滴在小角度下可发生滑动且无粘附性。再次，在1wt.% NaCl模拟海水溶液开展长时间浸泡电化学阻抗（EIS）测试，对比能奎斯特图中的电容环大小和波特图中0.01Hz频率下的阻抗值|Z|_0.01Hz来评价表面耐蚀性。结果显示，由于表层润滑油的覆盖，三种超滑表面在浸泡初期耐蚀性能相当。相较于超疏水表面，三种超滑表面在长期浸泡实验中持久耐蚀性均表现出色，但不同结构超滑表面稳定性存在差异。其中，纳米线结构超滑表面在持续浸泡240天后|Z|_0.01Hz值仍稳定在10⁸ Ω×cm²，表现出极为优异的耐蚀稳定性，而纳米孔和纳米扩孔两种超滑表面分别在浸泡110天和60天后耐蚀性均出现明显下降。纳米扩孔超滑表面的耐蚀性在浸泡后期的发生快速下降，分析认为其耐蚀性快速衰减可能与孔径过大，润滑油的快速流失有关。为进一步验证纳米线结构超滑表面的锁油能力，在腐蚀浸泡后进行SEM表征发现线结构仍被润滑油覆盖，保证了基底长期稳定受到润滑油的保护。理论分析认为，线结构优异的耐腐蚀稳定性一方面可能是由于纳米线阵列分布的特殊结构可以储存更多的润滑油，另一方面致密线结构的阻拦作用大大减缓了润滑油的流失，从而实现了PAO润滑油填充纳米线结构AAO在模拟海水溶液中浸泡240天无明显衰减的超稳定性。