不锈钢由于优异的耐腐蚀及力学性能，广泛应用海洋工程、建筑行业、换热及冷却管路系统等领域。然而，由于不锈钢的表面能较高，容易吸附污染物，从而造成其腐蚀性能下降，严重时甚至造成产品使用寿命的降低。本课题通过在不锈钢基体表面构建耐用性超疏水Cu/TiO2复合镀层，实现了对基体的有效防护。
本课题采用Cu与TiO2共沉积的方式获得Cu/TiO2复合镀层。该镀层呈现出突起与凹坑的层级结构，且层级结构表面附着大量的纳米铜核；纳米TiO2颗粒较均匀的分布在突起与凹坑的层级结构表面，并堆积成“珊瑚礁”状，呈现出多孔结构，这有利于空气的捕获。由低表面能物质FAS改性后，使不锈钢基体获得了超疏水Cu/TiO2复合镀层。
图1 不同样品的FESEM图。(a)改性不锈钢；(b)改性Cu镀层；(c)超疏水Cu/TiO2复合镀层；(d)超疏水Cu/TiO2复合镀层的EDS光谱图及元素映射
机械性能在超疏水表面实际应用当中扮演着重要角色。通过刮划、胶带剥离以及磨损实验验证了超疏水复合镀层的机械稳定性。刮划实验显示，超疏水复合镀层表面的接触角仍然保持较高的数值，为155.4°，这表明复合镀层的突起和凹坑结构可以抵抗一定的刮擦损伤。经过10次胶带剥离后，由于FAS薄膜可以与粗糙的微/纳层级结构紧密结合并牢固的黏附基体表面，复合镀层几乎未受胶带剥离的作用，表面结构仍然完整。进一步验证表明，超疏水复合镀层可以抵抗机械磨损，表现出良好的机械稳定性。
图2 (a)砂纸磨损实验示意图。(b)改性不锈钢；(c)改性Cu镀层；(d)超疏水Cu/TiO2复合镀层
对不锈钢进行FAS修饰后，自腐蚀电位（Ecorr）由−0.431 V正移至−0.401 V，自腐蚀电流密度（Icorr）从2.87 × 10-4A/cm2降低至1.66 × 10-4A/cm2。一般来说，低的腐蚀电流密度意味着表面的防腐蚀性能更好，也即说明FAS薄膜可以一定程度上提高不锈钢基体的耐腐蚀性能。对于超疏水复合镀层，其Ecorr为−0.300 V，Icorr为2.03 × 10-6A/cm2。可见，相比不锈钢，超疏水复合镀层的腐蚀电流密度要低两个数量级，缓蚀效率也达到了99.3%，起到了优异的耐腐蚀保护作用。
图3不同样品的Tafel曲线
本研究论文“A facile approach to fabricate robust superhydrophobic Cu/TiO2composite coating on stainless steel”发表在SCI期刊《VACUUM》（中科院升级版2区，IF2020=3.627）。beat365官方登录入口尹华伟博士为论文第一作者，beat365官方登录入口胡传波博士为论文共同通讯作者。本研究受到重庆市自然科学基金项目(cstc2020jcyj-msxmX0826, cstc2021jcyj-msxmX1139)、重庆市教委项目(KJQN201901223, KJQN201901228, KJQN202001234)、四川省材料腐蚀与防护重点实验室开放项目(2021CL15)以及三峡库区水环境演变与污染防治重庆市重点实验室开放基金项目(WEPKL2018YB-06)的资助。
论文连接：https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2021.110699
