铝合金表面镍锌铝水滑石薄膜耐蚀耐磨性能的研究
摘要
铝及其合金具有优异的物化性能，在汽车船舶、3C电子、航空航天等行业均有大
量的使用。铝合金也是汽车活塞的制造材料之一，但铝质活塞的耐蚀耐磨性能较差使
其无法长时间运行。因此需要改良铝合金以延长工件的使用寿命，除了对材料本身进
行改良优化，表面处理也是一种常用的材料强化方法。本论文通过水热法在阳极氧化
铝表面原位生长镍锌铝水滑石膜层，并进行膜层改性，在提高铝合金耐蚀性的同时降
低摩擦系数，为铝合金表面防腐、减摩复合膜层的研究及应用拓展了新的思路。
采用水热法在阳极氧化铝表面制备了NiZnAl-LDH膜层，探究了溶液pH、反应温
度和生长时间对膜层的影响，通过SEM、EDS、XRD、XPS、FT-IR、电化学测试和摩
擦实验等研究了膜层的形貌、结构成分、耐蚀以及摩擦性能等。结果表明，水滑石膜
层由花朵状纳米片构成，膜层厚度约为10μm。当溶液pH为9、温度为110℃、制备
时间为24h时，膜层自腐蚀电流密度最小为5.813×10-7A·cm-2，耐蚀性能明显高于铝合
金。膜层摩擦系数为0.35，低于铝合金的0.6和阳极氧化铝的0.8。
使用钼酸钠对NiZnAl-LDH膜层进行插层离子交换，探究了改性溶液pH、温度和
反应时间对膜层的影响，研究了膜层的形貌、结构成分以及耐蚀耐磨性能等。在35℃
下NiZnAl-LDH在pH为9.5的钼酸钠溶液中浸泡2.5h时，自腐蚀电流密度最小为
4.131×10-8A·cm-2，较改性前水滑石膜层低了一个数量级，膜层摩擦系数为0.28。
对NiZnAl-LDH膜层采用蓖麻油酸进行表面疏水改性，探究了改性溶液pH、温度
和反应时间对膜层的影响，研究了膜层的形貌、耐蚀以及摩擦性能等。结果表明，当
改性溶液pH为4.0、温度为35℃、反应时间为30min时，蓖麻油酸改性水滑石的自
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腐蚀电流密度最小为1.931×10A·cm，较改性前水滑石膜层低了一个数量级。蓖麻油
酸改性膜层的摩擦系数为0.25，低于改性前的0.35。
结合插层离子交换和表面疏水改性两种方法进行协同改性水滑石，改性后的自腐
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蚀电流密度为8.932×10A·cm，较单一改性再次降低了一个数量级。协同改性膜层的
摩擦系数在0.23，较单一改性的膜层也有一定的降低。
关键词：铝合金；镍锌铝水滑石；离子交换；疏水改性
铝合金表面镍锌铝水滑石薄膜耐蚀耐磨性能的研究
Abstract
Aluminumanditsalloyhaveexcellentphysicalandchemicalproperties.Itiswidelyused
inautomobile,shipbuilding,3Celectronics,aerospace,andotherindustries.Alalloyisalsoone
ofthemanufacturingmaterialsofautomobilepistons,buttheweakcorrosionandwear
resistanceofaluminumpistonmakesitunabletorunforalongtime.Therefore,itneedstobe
improvedtoextendtheservicelife.Inadditiontotheimprovementandoptimizationofthe
materialitself,surfacet