铝基超疏水表面的电沉积法制备及减阻性能研究

2020年,中国提出要力争在2030年前实现碳达峰,2060年前实现碳中和。在实现这宏伟目标的过程中,船舶运行中大量的能源消耗是航运业目前急待解决的一个难题。近年来,通过构筑超疏水表面实现表面流体减阻的相关研究备受medical chemical defense关注。当液体与超疏水表面接触时,由于其特殊浸润状态大大减小了固液接触面积。目前,大部分超疏水表面制备方法复杂,且表面的低表面能物质大多依靠对环境污染较重的氟化物来实现,并且这些氟化物极容易被消耗。铝制材料因其重量轻,结构强度高等特点被逐渐应用在中小型高速船舶上。在船舶航行中,船体本身所受水阻力占船舶总阻力的极大部分,因此,若将超疏水表面应用于铝制船体表面,必将大大减少其阻力,达到节能减排效果。本文选用步骤简便,化学反应稳定的无氟电沉积法制备超疏水表面。采用一步直流电沉积法,将铝基体浸入棕榈酸(0.015mol/L)与硝酸铈(六水合物)(0.005mol/L)的乙醇溶液中,在沉积电压25V,沉积时间9min的条件下,制备出一步沉积表面(无碳化硅)。采用一步直流电沉积法,在上述乙醇溶液中添加碳化硅微米颗粒,以30V,4min的沉积参数在纯铝板表面电沉积出一步沉积表面。采用二步直流电沉积法,首先在硝酸铈(六水合物)(0.005mol/L)的乙醇溶液中添加碳化硅微米颗粒,以30V沉积电Laduviglusib核磁压沉积2min,之后在溶液中添加棕榈酸,以30V电压沉积2min得到二步沉积表面。利用扫描电镜对表面的表面微观形貌进行观察,利用氯化钠溶液浸泡实验与电化学测试研究表面的耐腐蚀性能;利用载重摩擦实验对表面的耐PUN30119分子量机械磨损性能进行分析;利用水滴滚落实验对表面的自清洁性能进行分析;最后搭建表面减阻试验台对表面的减阻性能进行测试。主要研究结论如下,(1)一步沉积表面(无碳化硅)静态接触角为161.3°,滚动接触角为1.1°,在载重摩擦实验中,可在约1.3k Pa的载荷下滑行600mm。表面减阻测试表明其具备减阻性能。(2)载重摩擦实验显示,与一步沉积表面(无碳化硅)相比,一步沉积表面失效长度提高了200mm。同样地,在表面减阻测试中,该表面也体现出良好的减阻性能。(3)载重摩擦实验显示,二步沉积表面可在约1.3k Pa的载荷下滑行3400mm。此外,在表面减阻测试中,二步沉积表面的减阻率最高值高达65.07%,该表面阻力值远远小于铝基体,且小于上述两种表面,体现出其优秀的减阻性能。