镁合金因其重量轻、比强度高、可回收性以及优异的电磁屏蔽性能,已成为航空航天、汽车制造和海洋工程等领域的关键材料。然而,由于其高化学活性和低耐腐蚀性,镁合金在日常生活和工业应用中容易受到腐蚀,尤其是在潮湿和液体环境中。此外,在寒冷环境中,结冰是一种常见的自然现象。镁合金表面的结冰和积冰问题严重影响了其在国防、航空航天和机电工业等领域的实际应用。解决镁合金的耐腐蚀性和冰附着问题对于促进经济发展和建设节能社会具有重要意义。目前,针对镁合金的防腐和防冰策略有很多,如牺牲阳极、防护涂层、机械除冰和化学除冰。其中,防护涂层因其操作简便、效果显著、成本低廉以及应用范围广泛而得到了广泛的应用。
受荷叶效应启发的超疏水涂层具有优异的疏水性能,其中通过微纳米结构形成的气垫显著抑制了腐蚀速率,并降低了冰的粘附强度,从而为镁合金基材提供了有效的保护。然而,当超疏水涂层处于低温高湿环境中时,水蒸气很容易渗透到涂层粗糙结构形成的气垫中,失去超疏水性,从而失去其保护作用。由于超疏水涂层存在局限性,研究人员受猪笼草启发设计了一种新型超强润滑涂层。光滑注液多孔表面(SLIPS)是通过将润滑油注入孔隙表面形成具有高阻隔效果的液体层。油相和水相之间的排斥作用可保护其免受腐蚀性液体的侵蚀,并降低冰的粘附强度。尽管SLIPS涂层具有优异的防腐和防冰性能,但其流动润滑剂在恶劣和动态腐蚀条件下容易失效,导致防护能力下降。SLIPS润滑油的流失不利于镁合金在低温或液体环境中长期的腐蚀防护。鉴于上述问题,众多研究人员尝试通过化学键合和造孔的方法来提高润滑油膜的稳定性,但仍存在工艺复杂、硬度低以及与基材的粘附强度较弱等一些问题。
近期,常州大学王莹团队通过“动态润滑层-静态阻隔层-纳米储油单元”三级协同防护机制,在镁合金表面成功制备了一种具有长期防腐、防/除冰、防污、自清洁和机械稳定性的多功能光滑涂层。
首先制得层状双氢氧化物(LDH)涂层,然后与聚二甲基硅氧烷(PDMS)和二甲基硅油(SO)结合,制得LDH-PDMS/SO涂层。 所制得的涂层具有优异的润滑剂保持能力和疏水性能。该涂层在3.5wt% NaCl溶液中浸泡35天后,仍能保持优异的防腐性能。即使经过210次磨损循环或320次胶带剥离循环后,该涂层表面仍能保持极低的冰粘附强度(τ冰<20kPa),表现出优异机械耐久性;在-18℃下表现出良好的防/除冰性能和优异的附着力(5B级)。此外,该涂层还具有优异的自清洁和防污性能以及延迟结冰性能。 本研究提出了一种在镁合金表面设计耐用多功能涂层的策略,在防腐、户外公共设施、交通等领域具有潜在的应用价值。 制备示意图 LDH-PDMS/SO涂层制备示意图。 机理图 LDH-PDMS/SO涂层的防腐与防/除冰性能机理图。 数据来源与出处 相关研究成果以“A sturdy PDMS-based multifunctional smooth coating with long-term corrosion resistance, anti-icing/deicing durability and self-cleaning performance”为标题发表在《Surface & Coatings Technology》上。
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