前言

钛合金有着极其优良的耐侵蚀性能、较低的密度、较高的比强度、优异的导热性能、无磁等特点，，，，，，因而被普遍应用于石油化工管道耐侵蚀管件、换热器等装备[1-5]。。。。。。。

只管钛合金的耐侵蚀性能较强，，，，，，但由于受到侵蚀情形和介质影响极大，，，，，，包括点蚀、电偶侵蚀和误差侵蚀等的危害[6]，，，，，，钛合金的耐蚀性能仍然需要提高。。。。。。。由于在钛合金的电化学侵蚀历程中会爆发离子的吸赞许迁徙，，，，，，因此控制侵蚀介质的吸附历程可有用降低金属的侵蚀速率。。。。。。。超疏水外貌可有用改善质料的外貌润湿性，，，，，，降低电化学侵蚀历程中离子的吸附、扩散和电迁徙，，，，，，进而提高质料的防污损及耐蚀能力[7]。。。。。。。

制备超疏水外貌的要领有两种：一种是通过在固体外貌修饰低外貌能物质来制备疏水外貌，，，，，，如外貌晶体生长法[8-9]、电化学沉积法[10]等；；；；；；；另外一种方规则是通过直接在固体外貌结构微观结构，，，，，，如光刻蚀法[11-12]、微机械加工法[13]、激光外貌织构法[14,19]等。。。。。。。激光外貌织构加工是一种高效且环保的手艺。。。。。。。

钛合金的激光外貌微结构具有无邪性好、精度高和本钱低等优点，，，，，，有利于工业生产[20]。。。。。。。因此本文选用激光外貌织构制备超疏水外貌。。。。。。。

近年来，，，，，，海内外学者通过激光外貌织构获得超疏水外貌开展了大宗研究。。。。。。。Samanta等[15]通过控制激光织构的外貌化学和润湿性从极端疏水性调解到亲水性，，，，，，可实现重大的多润湿性，，，，，，完成外貌结构和外貌化学的适当团结。。。。。。。LiBaoJia等[16]使用纳秒脉冲激光加工法在钛合金外貌制备织构，，，，，，将硅烷改性制备出具有超亲水性和超疏水性外貌。。。。。。。

PaTil等[17]通过纳秒脉冲激光器在TC4合金外貌举行织构处置惩罚，，，，，，获得的织构外貌经由退火（在300℃下处置惩罚120min）工艺后，，，，，，外貌从亲水性快速转变为超疏水性。。。。。。。章泽斌[18]通过皮秒激光器在镍铝青铜合金外貌获得多种微纳米复合结构，，，，，，随后用硬脂酸举行外貌改性，，，，，，效果使外貌接触角可以抵达150°以上。。。。。。。

然而，，，，，，关于使用激光制备织构超疏水外貌及其耐蚀性研究相对较少。。。。。。。本文使用紫外纳秒激光器制备Ti-6Al-4V钛合金外貌微织构，，，，，，通过低温热处置惩罚制备超疏水性外貌，，，，，，使用一些检测手段表征其外貌浸润性和外貌化学，，，，，，并接纳电化学事情站对外貌抗侵蚀性能及其影响因素举行研究，，，，，，以期为钛合金在海洋情形中的应用开发提供主要的基础数据。。。。。。。

1、实验历程

1.1微织构外貌制备

使用紫外纳秒激光器（波长1064nm）对钛合金（Ti-6Al-4V）外貌举行激光加工处置惩罚，，，，，，在尺寸为60mm×60mm×2mm外貌形成30mm×30mm激光微织构区域，，，，，，制备周期性外貌微结构。。。。。。。牢靠激光光斑直径为40nm，，，，，，可调解微织构的结构间距。。。。。。。结构间距为150μm钛合金外貌如图1所示。。。。。。。应用紫外纳秒激光加工系统控制激光束和激光织构参数。。。。。。。接纳牢靠的织构参数对钛合金外貌举行处置惩罚，，，，，，参数见表1。。。。。。。

1.2超疏水外貌制备

经由激光诱导后，，，，，，Ti-6Al-4V外貌泛起饱和Wen-zel状态织构，，，，，，体现出超亲水性。。。。。。。对激光制备周期性外貌微结构举行150℃低温热处置惩罚1ｈ，，，，，，微结构外貌润湿性由超亲水性转变为超疏水性，，，，，，外貌接触角由0°变为155°±2.9°。。。。。。。

1.3电化学侵蚀实验

接纳电化学事情站举行耐侵蚀性丈量，，，，，，实验使用经典三电极系统。。。。。。。事情电极为实验质料（本文为未处置惩罚外貌和激光织构超润湿外貌），，，，，，辅助电极使用石墨电极，，，，，，参比电极使用饱和甘汞电极（SCE），，，，，，侵蚀介质为3.5％NaCl溶液。。。。。。。当丈量系统抵达稳固状态后举行极化曲线测试及阻抗谱测试。。。。。。。极化曲线丈量时扫描速率为3mV/s，，，，，，扫描规模为－1.5Ｖ～1.5Ｖ，，，，，，测试后极化曲线举行Tafel拟合，，，，，，获得侵蚀电位Ｅｃｏｒｒ和侵蚀电流密度Icorr等电化学参数。。。。。。。

阻抗谱测试扫描频率规模100KHz～10MHz，，，，，，扫描点数为30，，，，，，扰动信号为10mV，，，，，，实验数据接纳Zview软件拟合。。。。。。。

2、实验效果

2.1化学因素剖析

实验所用试样的能谱对好比图2所示。。。。。。。

图2（ｃ）、图2（ｄ）划分为图2（ａ）、图2（ｂ）的EDS谱图，，，，，，图2中数据为差别性子外貌上各对应区域的化学因素及其相对含量，，，，，，元素含量比照见表2。。。。。。。

由表2可知，，，，，，激光处置惩罚后的钛合金保存一定量的Ｏ元素，，，，，，批注钛合金外貌处置惩罚历程中形成少量的氧化物。。。。。。。这是由于钛和氧的亲协力较强，，，，，，故而在激光加热的高温条件下形成大宗高硬度的氧化物TiO2和少量的Al2O3，，，，，，这也是后续研究硬度较高的缘故原由之一。。。。。。。处置惩罚历程中形成少量的氧化物，，，，，，也正是Ti和Al的含量所占比例镌汰的缘故原由[20-21]。。。。。。。

2.2接触角

固体外貌的润湿性是外貌被液体润湿水平或能力的量度，，，，，，一样平常用静态接触角θ体现。。。。。。。图3为差别外貌的接触角示意图。。。。。。。由图3（ａ）可以看到，，，，，，未处置惩罚外貌的接触角为锐角，，，，，，丈量接触角度为64.8°±2.9°，，，，，，体现为亲水；；；；；；；由图3（ｂ）可以看出，，，，，，激光加工外貌的丈量接触角度为0°，，，，，，体现为超亲水；；；；；；；由图3（ｃ）可以看出，，，，，，激光外貌织构＋低温热处置惩罚外貌接触角为钝角，，，，，，丈量接触角度为155°±2.9°，，，，，，体现为超疏水。。。。。。。

2.3电化学侵蚀实验

一样平常而言，，，，，，侵蚀电流密度Ｉｃｏｒｒ越低、侵蚀电位Ｅｃｏｒｒ越高所对应的耐侵蚀性越好，，，，，，侵蚀速率也就越低[22]。。。。。。。差别润湿性外貌与未处置惩罚外貌的极化曲线如图4所示。。。。。。。由图4可见，，，，，，与未处置惩罚钛合金外貌相比，，，，，，超疏水外貌的侵蚀电位爆发了正向偏移，，，，，，使超疏水钛合金外貌耐侵蚀性获得改善，，，，，，而超亲水外貌的侵蚀电位均向负偏向偏移，，，，，，使得超亲水外貌的耐侵蚀性比未处置惩罚外貌更差。。。。。。。别的，，，，，，与未处置惩罚外貌相比，，，，，，超疏水外貌的侵蚀电流密度更低，，，，，，批注超疏水外貌的织构作用减缓了钛合金的侵蚀速率。。。。。。。

在3.5％NaCl溶液中，，，，，，差别润湿性外貌样品的侵蚀电位和侵蚀电流见表3。。。。。。。

由表3可知，，，，，，关于超疏水激光外貌织构，，，，，，织构间距为150μm时的自侵蚀电流密度从未处置惩罚前的12.097μA/cm²降至0.68167μA/cm²，，，，，，侵蚀电位值从－0.5710Ｖ增添到

－0.3994Ｖ。。。。。。。而关于超亲水外貌，，，，，，侵蚀电流密度从未处置惩罚前的12.097μA/cm²增添到1161μA/cm²，，，，，，侵蚀电位则从－0.5710Ｖ镌汰到－0.81179Ｖ。。。。。。。在差别织构间距的超疏水外貌中，，，，，，比照侵蚀电流，，，，，，可发明织构间距为150μm的超疏水外貌的侵蚀电流密度最。。。。。。。，，，，批注150μm织构间距的超疏水外貌耐侵蚀性最好。。。。。。。在差别织构间距的超亲水外貌则恰恰相反，，，，，，150μm织构间距的超疏水外貌的耐侵蚀性最差。。。。。。。

侵蚀防护性研究中经常使用EIS。。。。。。。未处置惩罚钛合金外貌以及差别织构间距的超疏水外貌在3.5％NaCl溶液中的Ｎｙｑｕｉｓｔ图、EIS等效电路图如图5所示。。。。。。。

从图5（ａ）中可以看出，，，，，，在差别织构间距的超疏水钛合金外貌，，，，，，Ｎｙｑｕｉｓｔ环的半圆直径均比未处置惩罚钛合金外貌Ｎｙｑｕｉｓｔ的半圆直径大，，，，，，批注激光织构制备超疏水外貌能够提高其耐侵蚀性。。。。。。。

可以看到，，，，，，织构 距为150μm的超疏水外貌的半圆直径最大，，，，，，这证实了经150μm的激光织构间距处置惩罚的超疏水外貌具有最佳侵蚀抑制性能。。。。。。。

图5（ｂ）划分是未处置惩罚外貌和有激光织构外貌的等效电路。。。。。。。

等效电路中Ｒｓ为溶液电阻，，，，，，Ｒｃｔ为电荷转移电阻，，，，，，Ｃｃ为激光织构区域的电容，，，，，，Ｃｄｌ为双电层电容。。。。。。。拟合的EIS数据见表4。。。。。。。

可以看出，，，，，，未处置惩罚钛合金外貌的电荷转移电阻Ｒｃｔ值由未处置惩罚钛合金外貌的4.66×104Ω·cm²增添到织构间距为150μm的激光织构超疏水外貌的1.60×105Ω·cm²，，，，，，且这 一织构间距的超疏水外貌电荷转移电阻最大。。。。。。。

别的，，，，，，Ｃｄｌ值由1.27×10－5Ｆ/cm²降低到1.47×10－6F/cm²，，，，，，且织构间距为150μm的超疏水外貌双电层电容最大。。。。。。。由于拥有较高Ｒｃｔ值和较。。。。。。。茫洌熘担，，，，可以批注质料的侵蚀速率较。。。。。。。，，，，证实了织构间距为150μm的超疏水外貌为钛合金提供了最佳的保；；；；；；。。。。。。。

3、钛合金经织构化处置惩罚后的侵蚀机理探讨

电化学侵蚀测试后，，，，，，未处置惩罚外貌和超润湿外貌的微观形态及响应的EDS能谱图如图6所示。。。。。。。

从图6中提取的主要数据见表5。。。。。。。由图6和表5可见，，，，，，相关于未处置惩罚外貌，，，，，，超亲水外貌的Ti元素原子百分比从未处置惩罚前的63.48％降到44.63％。。。。。。。而Ｏ元素的原子百分比则从未处置惩罚前的26.27％降到16.41％。。。。。。。Cl元素含量从未处置惩罚前的2.61％大幅增添到18.63％，，，，，，批注超亲水外貌爆发了较为严重的氧化侵蚀和电化学侵蚀。。。。。。。而关于超疏水外貌，，，，，，Ti元素含量相比未处置惩罚外貌略有增添，，，，，，Ｏ元素含量则略有降低，，，，，，最为显着的是没有发明Cl元素的保存。。。。。。。这批注超疏水外貌显着降低了钛合金外貌的Cl－侵蚀，，，，，，对钛合金基体起到了很好的保；；；；；；ぷ饔。。。。。。。

超疏水钛合金在NaCl溶液中的侵蚀机理如图7所示。。。。。。。超疏水试样的外貌织构有用阻止了质料基体与侵蚀性液体的接触，，，，，，使得织构外貌与侵蚀性液体之间保存一定量的空气腔（图中白色）。。。。。。。当试样放在NaCl侵蚀溶液中时，，，，，，织构中的空气腔阻止了侵蚀性离子（Cl－）与基体外貌的直接接触，，，，，，间接保；；；；；；ち嘶逯柿。。。。。。。比照差别织构间距可知，，，，，，织构间距为150μm的超疏水外貌的耐侵蚀性更好，，，，，，这主要是由于织构间距较小空气腔的数目较多，，，，，，使得侵蚀溶液中的Cl－不易靠近质料外貌。。。。。。。

因此，，，，，，超疏水外貌可有用改善质料的外貌浸润性，，，，，，降低电化学侵蚀历程中离子的吸附、扩散和电迁徙历程，，，，，，进而提高质料的耐侵蚀性能。。。。。。。

4、结论

（1）通过激光外貌加工和低温热处置惩罚，，，，，，获得了具有微织构的TC4钛合金外貌。。。。。。。经测试批注，，，，，，未处置惩罚外貌、超亲水外貌和超疏水外貌的接触角划分为64.8°±2.9°、0°和155°±2.9°，，，，，，划分体现为亲水性、超亲水性和超疏水性。。。。。。。

（2）电化学实验、ＳＥＭ和EDS效果批注，，，，，，激光织构超疏水外貌有用阻止了Cl－与基体的接触，，，，，，降低了电化学侵蚀历程中离子的吸附、扩散和电迁徙历程，，，，，，进而提高了质料的耐侵蚀性能。。。。。。。

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