耐磨蚀超疏水形状记忆合金涂层及其制备方法技术

本发明专利技术提出了一种耐磨蚀超疏水形状记忆合金涂层的制备方法，分子式为：FeMnSiCrNiNb，按照如下步骤制备：以304不锈钢作为基材，按比例称取Fe、Ni、Nb、Cr、Si、Mn粉末，混合后球磨，采用光纤激光系统在基材表面制备FeMnSiCrNiNb合金SMA/Nb激光熔覆涂层，在SMA/Nb激光熔覆涂层表面利用飞秒激光进行微纳米结构改性，将疏水SiO2纳米颗粒按质量比1：30～40分散在乙醇中，搅拌并超声得到溶液，然后将溶液喷涂在微纳米结构改性后的SMA/Nb激光熔覆涂层表面，实现超疏水性。本发明专利技术具有优异的超疏水耐久性，在较大的温度和pH值范围内分别表现出良好的热稳定性和化学稳定性。热稳定性和化学稳定性。热稳定性和化学稳定性。

【技术实现步骤摘要】
耐磨蚀超疏水形状记忆合金涂层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及涂层相关
，特别涉及一种耐磨蚀超疏水形状记忆合金涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]激光熔覆作为一种最新的改性和修复技术，被广泛应用于修复失效表面。但由于超快熔化凝固过程的局部热效应，导致熔覆层产生较大的热应力，严重影响熔覆层的力学性能。Xu等人利用激光熔覆技术制备了FeCrSiMnNi SMA涂层，极大地释放了涂层内的残余应力(残余应力促进γ
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奥氏体向ε
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马氏体转变)。然而，较低的显微硬度(仅为250HV
0.2
)和耐腐蚀性能是严重制约SMA涂层广泛应用的两个主要因素。为了提高性能，将WC、Nb、Ti和预烧结PZT压电陶瓷颗粒掺杂改性SMA涂层以增强显微硬度，但对SMA涂层的防腐能力没有明显的促进作用。
[0003]石墨烯涂层、电化学沉积和缓蚀剂等阻碍腐蚀离子向基体移动和建立一次电池是一种广泛应用的增强防腐能力的方法。通过在原始表面制备隔离层，可以打破涂层固有性质(元素类型和含量)的限制。然而，这就会导致复杂的加工过程和较高的成本。最近，受荷叶启发制备的超疏水表面在提高耐腐蚀性能方面引起了极大的关注。
[0004]在过去的几十年中，已经有大量的方法用于制备超疏水表面。Dong等人通过复合电沉积方法在Q235表面制备超疏水Ni
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B4C涂层。结果表明，超疏水表面极大地提高了涂层的抗腐蚀能力。而且电荷转移电阻高于原涂层，防腐率达到99.53％。Ye等人利用一步缩合反应在Q235表面制造超疏水性，发现所制备的表面在3.5wt.％NaCl溶液中5个月内表现出最佳的屏蔽能力。虽然通过上述方法制备了优异的耐腐蚀性超疏水涂层，但引入额外涂层会增加涂层剥离的风险，并且表面化学成分的变化也会使机械和物理性能退化。
[0005]因此，通过飞秒激光(FL)制备超疏水表面以提高涂层的耐腐蚀性能受到广泛关注。飞秒激光技术是一种一步加工方法，已广泛应用于防腐和自清洁，也被证实是制造超疏水表面的一种非常有前景的方法。Boinovich等人使用脉冲激光处理制备超疏水氧化表面。由于其多峰结构和“气谷”现象，在3.5wt.％NaCl溶液中的局部耐腐蚀能力明显提高。此外，Trdan等人还发现，飞秒激光冲击强化处理不仅有助于增加极化电阻，减少阳极溶解，而且在氯化物溶液中保持长期稳定性。
[0006]综合以上结果，可以发现一个非常严重的问题，之前报道的文章只测试了超疏水表面在3.5wt.％NaCl溶液中的接触角(CA)和抗腐蚀能力。而在实际工况条件下(强酸强碱)应该考虑的却鲜有报道。更重要的是，没有考虑超疏水表面的耐磨性和附着力。

技术实现思路

[0007]针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术旨在提供一种耐磨蚀超疏水形状记忆合金涂层及其制备方法，该方法能将耐磨性和超疏水性在两个不同的尺度上耦合在一起，在保证优异耐磨性的基础上，不会影响涂层本身的性能。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术提出了一种耐磨蚀超疏水形状记忆合金涂层及其制备方法，分子式为：FeMnSiCrNiNb，按照如下步骤制备：
[0009]S1、以304不锈钢作为基材，进行表面抛光；
[0010]S2、按比例称取Fe、Ni、Nb、Cr、Si、Mn粉末，混合后进行球磨；
[0011]S3、采用光纤激光系统在基材表面制备FeMnSiCrNiNb形状记忆合金SMA/Nb激光熔覆涂层；
[0012]S4、在SMA/Nb激光熔覆涂层表面利用飞秒激光进行微纳米结构改性；
[0013]S5、将疏水SiO2纳米颗粒按质量比1：30～40分散在乙醇中，搅拌并超声，得到均匀分布的溶液，然后将溶液喷涂在微纳米结构改性后的SMA/Nb激光熔覆涂层表面，实现超疏水性。
[0014]上述方案中：Fe、Ni、Nb、Cr、Si、Mn粉末的添加质量比为49.4％：2.85％：5％：3.8％：8.55％：30.4％。
[0015]上述方案中：Fe、Ni、Nb、Cr、Si、Mn粉末粒径为50～100μm，纯度均大于99％。
[0016]上述方案中：光纤激光系统的激光加工参数为激光功率P＝2500W，扫描速度V＝0.006m/s，预置粉末厚度1.5mm。
[0017]上述方案中：在步骤S5中，疏水SiO2纳米颗粒的粒径为15～20nm，600rpm搅拌2h，超声30min，得到均匀分布的溶液。
[0018]上述方案中：在步骤S5中，喷涂次数为4次。
[0019]本专利技术的有益效果是：
[0020]通过飞秒激光处理和纳米二氧化硅喷涂技术在SMA/Nb涂层上制备了高性能的超疏水涂层，与抛光的304不锈钢相比，超疏水表面的微纳米结构为纳米二氧化硅提供了更多的附着位点，使表面呈现超疏水态，此外，在400#SiC砂纸150次(750厘米)的磨损下，表面显示出优异的超疏水耐久性，并且，超疏水表面在较大的温度和pH值范围内具有良好的热稳定性和化学稳定性。
[0021]通过超疏水表面阻挡Cl
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的渗透，大大提高了材料的耐腐蚀能力，特别是在NaCl溶液中，Ecorr提高了0.65V，Icorr降低了一个数量级，保护率达到86.4％，更重要的是，超疏水表面具有良好的自清洁效果。
附图说明
[0022]图1是304不锈钢、SMA/Nb涂层、超疏水涂层的XRD图以及Nb相的SEM和EDS图。
[0023]图2是飞秒激光处理后SMA/Nb涂层的3D形貌图和SEM图。
[0024]图3是接触角随喷涂次数的变化图、超疏水涂层表面的SEM图像、304不锈钢表面的SEM图像以及超疏水涂层表面的动态接触角测试图。
[0025]图4是超疏水涂层表面的润湿性测试图。
[0026]图5是304不锈钢、SMA/Nb涂层和超疏水涂层在3.5wt.％NaCl溶液中的极化曲线、奈奎斯特图和波德图。
[0027]图6是超疏水涂层的防腐机理图。
[0028]图7是304不锈钢、SMA/Nb涂层、超疏水涂层的等效电路图。
[0029]图8是304不锈钢、SMA/Nb涂层和超疏水涂层在pH＝14NaOH溶液中的极化曲线和奈
奎斯特图。
[0030]图9是304不锈钢、SMA/Nb涂层和超疏水涂层在pH＝1HCl溶液中的极化曲线和奈奎斯特图。
[0031]图10是超疏水涂层表面的热稳定性和化学稳定性测试图。
[0032]图11是超疏水涂层表面磨损实验图、超疏水涂层的CA和SA随磨损次数的变化图、超疏水涂层磨损形貌SEM图以及304不锈钢磨损形貌SEM图。
具体实施方式
[0033]如图1—11所示，一种耐磨蚀超疏水形状记忆合金涂层及其制备方法，分子式为：FeMnSiCrNiNb，按照如下步骤制备：
[0034]以304不锈钢作为基材，进行表面抛光。
[0035]使用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐磨蚀超疏水形状记忆合金涂层的制备方法，其特征在于，分子式为：FeMnSiCrNiNb，按照如下步骤制备：S1、以304不锈钢作为基材，进行表面抛光；S2、按比例称取Fe、Ni、Nb、Cr、Si、Mn粉末，混合后进行球磨；S3、采用光纤激光系统在基材表面制备FeMnSiCrNiNb形状记忆合金SMA/Nb激光熔覆涂层；S4、在SMA/Nb激光熔覆涂层表面利用飞秒激光进行微纳米结构改性；S5、将疏水SiO2纳米颗粒按质量比1：30～40分散在乙醇中，搅拌并超声，得到均匀分布的溶液，然后将溶液喷涂在微纳米结构改性后的SMA/Nb激光熔覆涂层表面，实现超疏水性。2.根据权利要求1所述的耐磨蚀超疏水形状记忆合金涂层的制备方法，其特征在于：Fe、Ni、Nb、Cr、Si、Mn粉末的添加质量比为49.4％：2.85％：5％：3.8％：8.55％：30.4％。3.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐鹏，张齐，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：