媒介

钛合金有着极其良好的耐侵蚀机能、较低的密度、较高的比强度、优良的导热机能、无磁等特点，因而被宽泛利用于石油化工管道耐侵蚀管件、换热器等设备[1-5]。

只管钛合金的耐侵蚀机能较强，但由于受到侵蚀环境和介质影响极大，蕴含点蚀、电偶侵蚀和缝隙侵蚀等的风险[6]，钛合金的耐蚀机能依然必要提高。由于在钛合金的电化学侵蚀过程中会产生离子的吸拥戴迁徙，因而节制侵蚀介质的吸附过程可有效降低金属的侵蚀速度。超疏水理论可有效改善资料的理论润湿性，降低电化学侵蚀过程中离子的吸附、扩散和电迁徙，进而提高资料的防污损及耐蚀能力[7]。

制备超疏水理论的步骤有两种：一种是通过在固体理论修饰低理论能物质来制备疏水理论，如理论晶体成长法[8-9]、电化学沉积法[10]等；；；别的一种步骤令是通过直接在固体理论机关微观结构，如光刻蚀法[11-12]、微机械加工法[13]、激光理论织构法[14,19]等。激光理论织构加工是一种高效且环保的技术。

钛合金的激光理论微结构拥有矫捷性好、精度高和成本低等利益，有利于工业出产[20]。因而本文选用激光理论织构制备超疏水理论。

近年来，国内外学者通过激光理论织构获得超疏水理论发展了大量钻研。Samanta等[15]通过节制激光织构的理论化学和润湿性从极端疏水性调整到亲水性，可实现复杂的多润湿性，实现理论结构和理论化学的适当结合。LiBaoJia等[16]利用纳秒脉冲激光加工法在钛合金理论制备织构，将硅烷改性制备出拥有超亲水性和超疏水性理论。

PaTil等[17]通过纳秒脉冲激光器在TC4合金理论进行织构处置，得到的织构理论经过退火（在300℃下处置120min）工艺后，理论从亲水性急剧转变为超疏水性。章泽斌[18]通过皮秒激光器在镍铝青铜合金理论获得多种微纳米复合结构，随后用硬脂酸进行理论改性，了局使理论接触角能够达到150°以上。

然而，关于利用激光制备织构超疏水理论及其耐蚀性钻研相对较少。本文利用紫外纳秒激光器制备Ti-6Al-4V钛合金理论微织构，通过低温热处置制备超疏水性理论，利用一些检测伎俩表征其理论浸润性和理论化学，并选取电化学工作站对理论抗侵蚀机能及其影响成分进行钻研，以期为钛合金在海洋环境中的利用开发提供重要的基础数据。

1、尝试过程

1.1微织构理论制备

使用紫外纳秒激光器（波长1064nm）对钛合金（Ti-6Al-4V）理论进行激光加工处置，在尺寸为60mm×60mm×2mm理论形成30mm×30mm激光微织构区域，制备周期性理论微结构。固定激光光斑直径为40nm，可调整微织构的结构间距。结构间距为150μm钛合金理论如图1所示。利用紫外纳秒激光加工系统节制激光束和激光织构参数。选取固定的织构参数对钛合金理论进行处置，参数见表1。

1.2超疏水理论制备

经过激光诱导后，Ti-6Al-4V理论出现饱和Wen-zel状态织构，阐发出超亲水性。对激光制备周期性理论微结构进行150℃低温热处置1ｈ，微结构理论润湿性由超亲水性转变为超疏水性，理论接触角由0°变为155°±2.9°。

1.3电化学侵蚀尝试

选取电化学工作站进行耐侵蚀性丈量，尝试使用经典三电极系统。工作电极为尝试资料（本文为未处置理论和激光织构超润湿理论），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。当丈量系统达到不变状态后进行极化曲线测试及阻抗谱测试。极化曲线丈量时扫描速度为3mV/s，扫描领域为－1.5Ｖ～1.5Ｖ，测试后极化曲线进行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领域100KHz～10MHz，扫描点数为30，扰动信号为10mV，尝试数据选取Zview软件拟合。

2、尝试了局

2.1化学成分分析

尝试所用试样的能谱对好比图2所示。

图2（ｃ）、图2（ｄ）别离为图2（ａ）、图2（ｂ）的EDS谱图，图2中数据为分歧性质理论上各对应区域的化学成分及其相对含量，元素含量对比见表2。

由表2可知，激光处置后的钛合金存在肯定量的Ｏ元素，批注钛合金理论处置过程中形成少量的氧化物。这是由于钛和氧的亲合力较强，故而在激光加热的高温前提下形成大量高硬度的氧化物TiO2和少量的Al2O3，这也是后续钻研硬度较高的原因之一。处置过程中形成少量的氧化物，也正是Ti和Al的含量所占比例削减的原因[20-21]。

2.2接触角

固体理论的润湿性是理论被液体润湿水平或能力的量度，通常用静态接触角θ暗示。图3为分歧理论的接触角示意图。由图3（ａ）能够看到，未处置理论的接触角为锐角，丈量接触角度为64.8°±2.9°，阐发为亲水；；；由图3（ｂ）能够看出，激光加工理论的丈量接触角度为0°，阐发为超亲水；；；由图3（ｃ）能够看出，激光理论织构＋低温热处置理论接触角为钝角，丈量接触角度为155°±2.9°，阐发为超疏水。

2.3电化学侵蚀尝试

通常而言，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，侵蚀速度也就越低[22]。分歧润湿性理论与未处置理论的极化曲线如图4所示。由图4可见，与未处置钛合金理论相比，超疏水理论的侵蚀电位产生了正向偏移，使超疏水钛合金理论耐侵蚀性得到改善，而超亲水理论的侵蚀电位均向负方向偏移，使得超亲水理论的耐侵蚀性比未处置理论更差。此外，与未处置理论相比，超疏水理论的侵蚀电流密度更低，批注超疏水理论的织构作用减缓了钛合金的侵蚀速度。

在3.5％NaCl溶液中，分歧润湿性理论样品的侵蚀电位和侵蚀电流见表3。

由表3可知，对于超疏水激光理论织构，织构间距为150μm时的自侵蚀电流密度从未处置前的12.097μA/cm²降至0.68167μA/cm²，侵蚀电位值从－0.5710Ｖ增长到

－0.3994Ｖ。而对于超亲水理论，侵蚀电流密度从未处置前的12.097μA/cm²增长到1161μA/cm²，侵蚀电位则从－0.5710Ｖ削减到－0.81179Ｖ。在分歧织构间距的超疏水理论中，对比侵蚀电流，可发现织构间距为150μm的超疏水理论的侵蚀电流密度最小，批注150μm织构间距的超疏水理论耐侵蚀性最好。在分歧织构间距的超亲水理论则刚好相反，150μm织构间距的超疏水理论的耐侵蚀性最差。

侵蚀防护性钻研中时时使用EIS。未处置钛合金理论以及分歧织构间距的超疏水理论在3.5％NaCl溶液中的Ｎｙｑｕｉｓｔ图、EIS等效电路图如图5所示。

从图5（ａ）中能够看出，在分歧织构间距的超疏水钛合金理论，Ｎｙｑｕｉｓｔ环的半圆直径均比未处置钛合金理论Ｎｙｑｕｉｓｔ的半圆直径大，批注激光织构制备超疏水理论可能提高其耐侵蚀性。

能够看到，织构 距为150μm的超疏水理论的半圆直径最大，这证实了经150μm的激光织构间距处置的超疏水理论拥有最佳侵蚀克制机能。

图5（ｂ）别离是未处置理论和有激光织构理论的等效电路。

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。

能够看出，未处置钛合金理论的电荷转移电阻Ｒｃｔ值由未处置钛合金理论的4.66×104Ω·cm²增长到织构间距为150μm的激光织构超疏水理论的1.60×105Ω·cm²，且这 一织构间距的超疏水理论电荷转移电阻最大。

此外，Ｃｄｌ值由1.27×10－5Ｆ/cm²降低到1.47×10－6F/cm²，且织构间距为150μm的超疏水理论双电层电容最大。由于占有较高Ｒｃｔ值和较。茫洌熘，能够批注资料的侵蚀速度较小，证实了织构间距为150μm的超疏水理论为钛合金提供了最佳的；；；。

3、钛合金经织构化处置后的侵蚀机理探求

电化学侵蚀测试后，未处置理论和超润湿理论的微观状态及相应的EDS能谱图如图6所示。

从图6中提取的重要数据见表5。由图6和表5可见，相对于未处置理论，超亲水理论的Ti元素原子百分比从未处置前的63.48％降到44.63％。而Ｏ元素的原子百分比则从未处置前的26.27％降到16.41％。Cl元素含量从未处置前的2.61％大幅增长到18.63％，批注超亲水理论产生了较为严重的氧化侵蚀和电化学侵蚀。而对于超疏水理论，Ti元素含量相比未处置理论略有增长，Ｏ元素含量则略有降低，最为显著的是没有发现Cl元素的存在。这批注超疏水外讲显著降低了钛合金理论的Cl－侵蚀，对钛合金基体起到了很好的；；；ぷ饔。

超疏水钛合金在NaCl溶液中的侵蚀机理如图7所示。超疏水试样的理论织构有效阻止了资料基体与侵蚀性液体的接触，使得织构理论与侵蚀性液体之间存在肯定量的空气腔（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－）与基体理论的直接接触，间接；；；ち嘶遄柿。对比分歧织构间距可知，织构间距为150μm的超疏水理论的耐侵蚀性更好，这重要是由于织构间距较小空气腔的数量较多，使得侵蚀溶液中的Cl－不易靠近资料理论。

因而，超疏水理论可有效改善资料的理论浸润性，降低电化学侵蚀过程中离子的吸附、扩散和电迁徙过程，进而提高资料的耐侵蚀机能。

4、结论

（1）通过激光理论加工和低温热处置，得到了拥有微织构的TC4钛合金理论。经测试批注，未处置理论、超亲水理论和超疏水理论的接触角别离为64.8°±2.9°、0°和155°±2.9°，别离阐发为亲水性、超亲水性和超疏水性。

（2）电化学尝试、ＳＥＭ和EDS了局批注，激光织构超疏水理论有效阻止了Cl－与基体的接触，降低了电化学侵蚀过程中离子的吸附、扩散和电迁徙过程，进而提高了资料的耐侵蚀机能。

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