微变形对镀锌钢粘滑现象和磨损行为的影响

《Journal of Materials Research and Technology》：Effects of micro-deformation on the stick-slip and wear behaviors of galvanized steel

基于超亲水表面提升金属耐蚀性的策略，通过激光蚀刻在1420 Al-Li合金表面成功制备了栅格（各向异性）和网格（各向同性）两种超亲水表面。研究表明，网格表面滴液附着更早且更稳定，电化学测试显示栅格表面自腐蚀电位-0.622V，电流密度0.457×10??A/cm2，阻抗半径达2252Ω·cm2，显著优于网格表面。该工作为抗腐蚀金属表面设计提供了新思路。

　　在现代工业领域，特别是航空航天和国防行业中，铝锂合金因其轻质和高强度的特性而备受青睐。然而，铝锂合金在某些恶劣环境中，例如海洋环境，由于锂元素的高活性，其易受腐蚀的问题限制了其广泛应用。因此，如何有效提升铝锂合金的抗腐蚀性能成为科研人员关注的重点。本文通过激光雕刻技术制备了两种具有不同表面结构的超疏水表面——具有各向异性结构的栅格型（grating）和具有各向同性结构的网格型（grid），并对其抗腐蚀性能进行了系统研究。

研究团队采用激光处理与化学修饰相结合的方法，成功在1420铝锂合金表面制造出这两种超疏水结构。激光处理能够形成特定的微纳结构，而后续的化学修饰则进一步增强了表面的疏水特性。通过实验测试，研究者发现这两种超疏水表面均形成了针状纳米结构，但其表面润湿性能存在显著差异。随着表面液滴体积的增加，接触角逐渐减小，滚动角则相应增大，最终导致液滴在表面上发生固定现象。值得注意的是，网格型表面在液滴体积增加时更早表现出液滴固定现象，而栅格型表面则在较高液滴体积下才出现类似的固定效应。这一现象表明，网格型表面在液滴体积变化时更容易受到外界影响，导致其表面结构稳定性下降。

为了进一步验证这两种表面的抗腐蚀性能，研究团队采用了电化学测试方法，包括动电位极化曲线和电化学阻抗谱（EIS）。测试结果显示，与原始铝锂合金相比，两种超疏水表面的自腐蚀电位均有所提高，且腐蚀电流密度显著下降。具体而言，网格型表面的自腐蚀电位从-0.851V（原始铝锂合金）提升至-0.644V，而栅格型表面则提升至-0.622V。同时，腐蚀电流密度从原始的0.316 A/cm2分别降至网格型表面的0.575×10?? A/cm2和栅格型表面的0.457×10?? A/cm2。这些数据表明，两种超疏水表面均能有效提升铝锂合金的抗腐蚀能力，但栅格型表面的提升效果更为显著。

除了电化学测试，研究者还通过电化学阻抗谱分析了两种表面的阻抗特性。结果显示，栅格型表面的电化学阻抗模值在低频区域表现出更高的数值，这表明其在电化学腐蚀过程中具有更强的界面稳定性。此外，栅格型表面的电荷转移电阻（Rct）比网格型表面高出约1.6倍，进一步证实了其在抗腐蚀性能上的优势。这些结果表明，表面结构对电化学腐蚀行为有着重要影响，栅格型结构由于其更均匀的空气捕获分布，能够更有效地阻止电解质溶液的渗透，从而提升材料的耐腐蚀能力。

在进一步的表面稳定性测试中，研究者评估了两种超疏水表面在机械磨损、化学环境和热环境下的表现。结果显示，两种表面均表现出良好的机械稳定性，能够承受一定次数的剥离和摩擦测试。然而，当表面暴露于极端酸碱环境或高温条件下时，其疏水性能会受到一定影响。例如，在pH值为3或11的溶液中，两种表面均失去了原有的超疏水特性；当温度超过200°C时，表面的疏水性能也显著下降。这说明，尽管超疏水表面在常规条件下表现出优异的抗腐蚀能力，但在极端环境下仍需进一步优化。

此外，研究者还通过扫描电子显微镜（SEM）观察了两种表面在腐蚀后的形貌变化。结果显示，原始表面在腐蚀后出现了明显的腐蚀产物和裂纹，而两种超疏水表面则表现出更少的腐蚀痕迹。特别是栅格型表面，在腐蚀后仍能保持其纳米结构的完整性，表明其在抗腐蚀方面具有更强的稳定性。相比之下，网格型表面在腐蚀过程中更容易受到侵蚀，导致其表面结构出现不规则变化。

在讨论部分，研究者分析了不同表面结构对腐蚀性能的影响机制。他们指出，超疏水表面通过形成空气层来减少腐蚀介质与金属基体的直接接触，从而降低腐蚀速率。然而，空气层的稳定性受到表面结构的显著影响。对于网格型表面，其表面结构导致三相接触线不连续，容易使空气层被破坏，进而加速腐蚀介质的渗透。而栅格型表面由于其规则的线性结构，能够维持连续的三相接触线，从而更有效地稳定空气层，减少腐蚀介质的侵入。因此，栅格型超疏水表面在抗腐蚀性能上优于网格型表面。

通过对比已有文献中的不同抗腐蚀方法，研究者发现，激光处理与化学修饰相结合的超疏水表面技术不仅操作简便、成本较低，而且能够显著提升材料的抗腐蚀性能。与其他方法相比，如阳极氧化和原位生长等，这种方法在实际应用中更具优势。例如，阳极氧化虽然能够形成自愈合的保护层，但其操作过程较为复杂；而原位生长虽然能获得较高的接触角，但需要多步骤的工艺流程，且可能涉及环境不友好的氟化修饰过程。

综上所述，本文的研究为铝锂合金表面抗腐蚀技术的发展提供了新的思路和方法。通过制备具有不同表面结构的超疏水表面，研究者不仅验证了其在抗腐蚀方面的有效性，还深入探讨了表面结构对腐蚀行为的影响机制。这些成果对于设计和应用新型抗腐蚀材料具有重要意义，尤其是在需要轻量化和高强度的航空航天和国防领域。未来，进一步优化表面结构设计，提高其在极端环境下的稳定性，将是提升铝锂合金应用范围的关键方向。