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揭示防腐涂層親疏水性的關(guān)鍵工具——接觸角測(cè)量?jī)x
發(fā)布時(shí)間：2025-10-27 點(diǎn)擊次數(shù)：10
水分是導(dǎo)致金屬腐蝕的主要因素之一，而防腐涂層的親疏水性直接影響其防護(hù)效果。疏水表面能有效阻隔水分與金屬基體接觸，從而延緩腐蝕過程。超疏水表面因其極端的拒水性成為防腐研究的熱點(diǎn)。當(dāng)接觸角大于150°，滾動(dòng)角小于10°時(shí)，表面達(dá)到超疏水狀態(tài)，不僅防腐蝕，還具備自清潔功能。
AM60鎂合金超疏水改性研究顯示，經(jīng)化學(xué)刻蝕和硬脂酸處理后，接觸角最大可達(dá)150.18°，滾動(dòng)角小于10°，腐蝕電流密度降低了88.19%，腐蝕電壓提高了19.72%。另一項(xiàng)關(guān)于AH32海洋用鋼的研究發(fā)現(xiàn)，等離子噴涂Ni基涂層使表面接觸角達(dá)到130°以上，腐蝕失重從基體的1.68×10-2 g/cm2降至4.2×10-3 g/cm2。高疏水性不僅防止液體直接接觸基體，還減少了腐蝕性離子在表面的吸附，從而顯著提升材料的耐久性。
接觸角測(cè)量?jī)x在防腐涂層研發(fā)和質(zhì)量控制中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，以下案例展示了其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值：
在鎂合金防腐研究中，研究人員通過化學(xué)刻蝕和硬脂酸修飾成功制備出超疏水表面。他們利用接觸角測(cè)量?jī)x跟蹤發(fā)現(xiàn)，隨著硬脂酸浸泡時(shí)間的增加，合金表面接觸角呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，在12小時(shí)達(dá)到峰值150.18°。
在海洋環(huán)境鋼防護(hù)領(lǐng)域，科學(xué)家采用大氣等離子噴涂技術(shù)在AH32鋼表面制備了三種不同成分的涂層。接觸角測(cè)量表明，Co基和Ni基涂層與水的靜態(tài)接觸角均達(dá)到了130°以上，其中Ni基涂層表現(xiàn)最佳。
低表面能含氟涂料是另一種解決方案。研究顯示，增大預(yù)聚物中含氟單體的含量可使共聚物固化膜表面的水接觸角大幅提高，最大可達(dá)111.97°，表面能不斷下降，可低至20.251 mJ/m2。
在有機(jī)硅樹脂涂層開發(fā)中，接觸角測(cè)量證實(shí)復(fù)合涂層在金屬表面成膜后具有高疏水特性，其表面水滴的前進(jìn)、后退接觸角(θA，θR)分別為106°和94°，對(duì)常見液體以及脫氮假單胞菌均顯示出優(yōu)異的防吸附性能。
獲得準(zhǔn)確的接觸角數(shù)據(jù)并非易事，需要克服多種因素帶來的挑戰(zhàn)：
1、表面清潔度是首要考慮因素。即使是微不可見的污染物也會(huì)顯著改變接觸角讀數(shù)。例如，304不銹鋼板在測(cè)試前需依次用丙酮、乙醇超聲清洗10分鐘，以去除表面油脂和雜質(zhì)。
2、液滴體積和滴速的一致性對(duì)結(jié)果可比性至關(guān)重要。研究表明，測(cè)接觸角一般用0.6-1.0μL的樣品量最佳?，F(xiàn)代儀器通過高精度注射泵控制，精度高達(dá)0.01μL。
3、時(shí)間因素同樣不容忽視。液滴與固體表面接觸后，接觸角可能隨時(shí)間變化而變化，因此接樣后要在20秒內(nèi)（最好10秒） 凍結(jié)圖像以確保一致性。
4、對(duì)于超疏水表面，常規(guī)測(cè)量方法可能面臨挑戰(zhàn)，需要特殊擬合算法，如微分橢圓與微分圓法，以精確捕捉極端排斥液滴的輪廓。
5、多點(diǎn)測(cè)量是保證數(shù)據(jù)可靠性的關(guān)鍵策略。由于表面不均勻性，每組樣品應(yīng)在多個(gè)不同位置測(cè)量，取平均值以減少誤差。
隨著材料科學(xué)的進(jìn)步，接觸角測(cè)量技術(shù)也在不斷創(chuàng)新。從實(shí)驗(yàn)室的精密的臺(tái)式儀器到現(xiàn)場(chǎng)便捷的手持設(shè)備，從靜態(tài)單點(diǎn)測(cè)量到動(dòng)態(tài)過程分析，這一技術(shù)正幫助科學(xué)家開發(fā)出更具前瞻性的防腐解決方案。在科技創(chuàng)新推動(dòng)下，接觸角測(cè)量將繼續(xù)在表面科學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮不可替代的作用，為延長(zhǎng)材料壽命、節(jié)約資源貢獻(xiàn)力量。
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