镁合金表面超疏水/湿度响应复合结构及其协同防护性能研究

The poor corrosion resistance has greatly hindered the broad applications of magnesium alloys, and reducing the adhesion between the contaminants and magnesium alloy is of vital importance for the anti-corrosion ability. Inspired by Lotus leaves, superhydrophobic surface could effectively resist the liquid and dust, however mechanical interlocking would form between the surface roughness and the contaminants with high viscosity. Based on which, this project is aimed at forming synergetic defense mechanism: an active antifouling was obtained by constructing a humidity-response polymer with variable volume, to detach the sticky contaminants; meanwhile, a superhydrophobic/humidity-response composited structure was proposed, with the hope that the antifouling ability of magnesium alloys could be improved. Main research contents of the project include: the rule of adhesion behavior on surface of superhydrophobic magnesium alloy; the forming mechanism of superhydrophobic/humidity-response composited structure; rule of humidity response and study of active antifouling behavior; the synergetic defense mechanism of composited structure. The synergetic protection of superhydrophobic/humidity-response composited structure can enrich the understanding of antifouling of metal, and is of importance to promote the application of surface wettability in metal protection.

镁合金易受腐蚀的特点是制约其大规模使用的关键因素之一，而降低表面的污染物附着能力对提升镁合金抗腐蚀性能至关重要。受荷叶启发，超疏水表面可有效降低污染液体、灰尘的黏附，但高黏度的附着污染物仍然会与表面粗糙结构形成机械互锁。基于此背景，本项目提出一种协同防护机制，通过构筑湿度响应的体积可变聚合物，实现对高黏性污染物的机械脱附，达到主动防护的效果；同时，和超疏水表面的不浸润性进行结合，形成交替复合界面，以期提高镁合金的综合污染防护能力。本项目研究内容包括：镁合金超疏水表面的污染黏附行为规律；超疏水/湿度响应复合结构的形成机制；湿度响应规律及主动抗污行为研究；复合结构的协同防护机制研究。本项目提出的超疏水/湿度响应协同防护思想，对于丰富金属污染防护的内涵，推动浸润性界面在金属污染防护领域的应用有重要意义。

超疏水表面由于其优异的斥水性，在腐蚀防护、机翼防冰、微流体器件、细胞黏附等领域有广阔的应用前景。本项目以提高车用轻量化镁合金、铝合金的抗污染腐蚀为出发点并结合微-纳米分级结构的超疏水涂层，形成主动响应-微纳米复合的低粘附界面，为新能源汽车轻量化做出贡献。.本项目执行期间主要研究了以下几方面的内容：.首先，对7075铝合金的表面进行微纳处理和低表面能修饰后，注入润滑液获得SLIPS超滑界面，使得界面具备优异的超滑、不黏附特性，对水、油、低表面张力的液滴、甚至黏稠机油具备不粘附的性能。继而研究了不同污染液滴在这种SLIPS界面上的动力学行为，得出这种油润滑的SLIPS界面上液滴滑移速率与其本身运动粘度呈负相关的规律，较大的表面粗糙度对污染物的滑移具有促进作用。.除此之外，项目主持人针对更为轻量化的AZ31镁合金进行表面预处理，得到了不同粗糙形貌、粗糙度参数的微纳米复合表面。系统分析了不同污染物在界面的黏附行为，在干燥的界面上黏稠污染液滴仍然具备优异的滑动性。同时，研究了在低温冷凝环境中，微纳米界面的表面自润滑特性，过冷水的润滑膜的形成使得结冰等黏附物的附着力大大降低，从而实现低温条件下的抗污染下效果。.经过本项目的研究，探索了轻合金作为车用材料在污染防护方面存在的问题，并利用主动自润滑、低温抗黏附等功能性的涂层的制备，实现了较好的抗污效果。本项目的实施为车用轻量化金属材料的污染防护提供了一定的实践借鉴意义。