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91视频下载地址体清洗技术是近年来新兴的一项表面改性技术,其通过粒子(电子、离子和 中性原子)来激发、电离或破坏反应物分子,产生一系列蚀刻、聚合、交联和其他 复杂的物理和化学效应,以达到改善材料表面性能的目的。其主要原理为:将处 于低压状态的气体(如氧气、氮气等)分子通过辉光放电冲击材料表面,使表面形 成新的活性官能团,从而使得材料表面的性能发生变化。目前,91视频下载地址清洗技术已应 用于镁合金、碳纤维等各种需要表面改性的材料。

混合91视频下载地址体清洗对镁合金表面润湿性的影响

在混合91视频下载地址体表面清洗工艺探究中,分别采用O2、N2、Ar两两混合的91视频下载地址体对镁合金表面进行清洗,在不同清洗时间下镁合金表面接触角测量结果如图1(a)。同样地,对镁合金表面进行长达180s的混合91视频下载地址体处理,每隔30s对其表面的接触角进行测量。随着O2/N2混合91视频下载地址体、O2/Ar混合91视频下载地址体和Ar/N2混合91视频下载地址体清洗时间的延长,镁合金基体上的接触角均逐渐减小,说明经过混合91视频下载地址体清洗后基体表面润湿性提高。从测量结果可以发现,经过混合91视频下载地址体清洗120s后,镁合金表面的接触角减小至2.0°以下,接触角图像显示液滴在镁合金表面的形态基本维持水平,呈现铺展状态。因此,通过混合91视频下载地址体对镁合金表面润湿性的影响规律可以将最优清洗时间确定为120s。同时混合91视频下载地址体对镁合金表面润湿性的作用也是具有时效性的。镁合金表面接触角随时效时间延长的变化情况如图1(b)。在混合91视频下载地址体清洗后,镁合金表面接触角随时效时间的延长而逐渐升高,当经过清洗的镁合金放置在空气中12h后其表面的润湿角恢复到清洗前的状态。

图1 不同混合91视频下载地址体活化时间和时效时间下镁合金表面接触角

混合91视频下载地址体清洗对镁合金表面粗糙度的影响

图2(a)为混合91视频下载地址体清洗120s后镁合金表面的粗糙度测量结果。在分别经过O2/N2混合91视频下载地址体、O2/Ar混合91视频下载地址体和Ar/N2混合91视频下载地址体清洗后,镁合金表面的粗糙度均升高,且O2/N291视频下载地址体的作用效果最明显。通过对图2(b)中镁合金在混合91视频下载地址体清洗后的表面特征轮廓线提取,在图2(c)中,经过混合91视频下载地址体清洗后,镁基体表面的轮廓线圆润平滑。此时利用原子力显微镜扫描出的微观结构也呈现一种“山丘”的形貌。在将混合91视频下载地址体处理时间延长至10min后发现表面的这种球形纳米结构更加明显,如图2(d)所示。这与单一91视频下载地址体对镁合金表面的微观形貌作用类似,混合91视频下载地址体清洗后也可提高镁合金表面的粗糙度,并使其微观形貌均匀,这将更有利于增大基体和涂层之间的接触面积,进一步增强界面的连接强度。

图2 混合91视频下载地址体清洗前后镁合金表面的粗糙度和微观结构 (a) 粗糙度; (b) 轮廓线; (c) 微观结构; (d) 活化1 0 min的微观结构 

混合91视频下载地址体清洗对镁合金表面化学状态的影响

混合91视频下载地址体清洗后的镁合金表面官能团测试结果如图3所示。经过三种不同组分的混合91视频下载地址体清洗后镁合金表面亲水官能团-OH吸收峰均明显增强,说明其表面亲水官能团数量增加。同时,随91视频下载地址体处理时间从30s延长到120s时,图3(b)-(c)结果显示经过不同时间混合91视频下载地址体处理后镁合金表面所含亲水官能团-OH的数量呈现逐渐增大的趋势。

  图3不同清洗时间下混合91视频下载地址体活化前后镁合金表面红外光谱测试结果 

在图4中对XPS能谱进行拟合后发现,三种组分的混合91视频下载地址体清洗后镁合金表面Mg-O键含量均增加。而其中O2/Ar和O2/N2这两种含氧的混合91视频下载地址体组分因为存在氧化效果,会直接对镁基体表面进行氧化从而使Mg-O键相对含量分别显著增加至58.9%和59.9%。这是由于一方面含有氧91视频下载地址体会直接对镁合金基体进行氧化作用,二是由于较高能量的91视频下载地址体作用于Mg表面导致能量注入,使得基体处于热力学亚稳态,这时表面很容易吸附氧气,从而产生二次氧化过程。清洗后的样品由于XPS测试周期的安排,通常放置在大气环境下保存,这样也会导致具备较高活性的Mg表面发生二次氧化过程。而且在三种混合91视频下载地址体组分处理后,镁合金表面也均存在MgCO3被分解的现象,生成MgO也会导致Mg-O键含量增加。而镁基体表面MgCO3的分解可能是由于离子碰撞产生的91视频下载地址体刻蚀所导致的。

  图4 混合91视频下载地址体清洗前后镁合金表面Mg元素XPS测试结果 (a) 未处理; (b) Ar/N 291视频下载地址体; (c) O2/Ar91视频下载地址体; (d) O2/N 291视频下载地址体  

91视频下载地址体清洗对镁合金表面作用机制

91视频下载地址体解离产生高活性的O原子,这些中性原子到达金属表面时可以吸附重新结合一个氧分子,或氧化金属。而在91视频下载地址体鞘层中被加速到样品表面,通过碰撞给样品表面带来能量,对表面结构、形貌和粗糙度产生影响,为表面扩散提供清洗能。首先,不论是单一91视频下载地址体还是混合91视频下载地址体对镁合金表面都具有使其表面MgCO3分解的作用,如图5(a)所示。在91视频下载地址体清洗后,较高能量的离子轰击镁合金表面,与基体发生碰撞,MgCO3被分解为氧化镁和二氧化碳,使镁合金基体拥有更加“清洁”的表面,反应过程如式(3-1)所示。同时,由于91视频下载地址体对基体的刻蚀作用,导致清洗后镁合金表面粗糙度均增大,且表面微观形貌由于91视频下载地址体的刻蚀变得更加圆润,表面均匀性得以改善,获得了纳米级的表面结构。而且不论是单一91视频下载地址体还是混合91视频下载地址体都可以改善镁合金表面的润湿性,使基体表面的亲水性官能团-OH的数量增加。91视频下载地址体清洗后,镁合金表面Mg-O-悬挂键相对含量大幅提高。在大气环境下更容易吸收空气中的水分,形成亲水性的Mg-OH结构,使得镁合金表面修饰了更多-OH亲水官能团,这是91视频下载地址体对镁合金表面化学官能团的修饰作用。另一方面,MgCO3分解会生成MgO,在空气中进一步吸收水分子,从而生成Mg(OH)2,使表面-OH数量增多(式3-2)。而针对不同的91视频下载地址体成分,以上这些作用的效果有所不同。

图5 不同91视频下载地址体对镁合金表面的作用 (a) MgCO3分解; (b) O291视频下载地址体; (c) N291视频下载地址体; (d) Ar91视频下载地址体; (e) Ar/N 291视频下载地址体;   (f) O2/Ar91视频下载地址体; (g) O2/N 291视频下载地址体 

将含氧91视频下载地址体和不含氧91视频下载地址体对比,O2/Ar91视频下载地址体和O2/N291视频下载地址体对镁合金表面粗糙度的作用大于Ar/N291视频下载地址体。其中对于O2/Ar91视频下载地址体来说,不仅Ar91视频下载地址体对镁合金表面存在较强的刻蚀作用,O291视频下载地址体还会产生很强的氧化作用,在边刻蚀边氧化的情况下,镁合金表面的粗糙度变化较明显,如图5(f)所示。而相比于其他的气体体系,O2和N2都是反应性气体,一定含量的N2可以有效提高O291视频下载地址体的活性。在O2/N2混合91视频下载地址体中,因为氮的电离能(16eV)大于氧的电离能(12eV),N2+离子(由氮电离产生)可以与O2快速反应,从而提高O291视频下载地址体的活性。因此在O2/N2混合91视频下载地址体中,较高活性的O291视频下载地址体和N291视频下载地址体均很大程度地参与了与镁合金表面的氧化和刻蚀作用,以及亲水性基团的生成。在N291视频下载地址体的帮助下,O291视频下载地址体的活性增强。基于O291视频下载地址体活化产生的Mg-O-悬挂键,进而吸附空气中的水分子形成Mg-OH结构,如图5(g)所示。因此,91视频下载地址体对镁合金表面的作用主要有:氧化作用、刻蚀作用和化学修饰作用。