● 摘要
科技和工业的发展要求开发各种新型结构与功能的材料，其中含微胶囊的复合镀层所表现出来的优异特性，已经引起人们越来越多的关注。这种复合镀层的优势主要在于镀层中的微胶囊囊芯物质被囊壁包覆与外界环境隔离，其性质被保留下来。在复合镀层的使用过程中，通过液体囊芯物质释放，使镀层表面发生重构或自修复，改善镀层的表面性能。含微胶囊的复合镀层作为一种新型金属表面防护技术，具有广泛的应用前景与研究价值。本文采用水相分离法制备复合共沉积用的液体微胶囊，选择合适的微胶囊壁材，分析了制备工艺对微胶囊性质的影响。研究囊壁材料的物理性能及其渗透性对环境因素的敏感性，探讨微胶囊芯材的释放规律。同时，利用铜箔-微胶囊壁材薄膜复合膜层模拟微胶囊在复合镀层中的释放过程。以硫酸铜镀液为基础溶液，讨论了电沉积参数和微胶囊壁材对复合镀铜层中微胶囊含量的影响。分析微胶囊的释放行为对复合镀铜层表面性能的影响，并探讨了复合镀铜层中微胶囊的释放机制，得到了以下主要研究结果。聚乙烯醇（PVA）、明胶和甲基纤维素（MC）的强度、弹性及镀液中的稳定性等可以满足复合电沉积对微胶囊壁材的要求。分别以PVA、明胶和MC为壁材，当搅拌速度为1000r/min，凝聚剂添加量为200ml/L，制备出了不同芯材的液体微胶囊。微胶囊的粒径在2-10μm之间，且具有较好的稳定性。MC薄膜有较大的孔隙率，利于芯材物质释放，PVA和明胶膜层致密，渗透性能低；随着环境温度、湿度的升高，三种壁材的渗透能力增加。以正己烷为释放介质，测试了壁材薄膜对芯材憎水剂的渗透性，发现憎水剂可以通过三种壁材渗透释放，其渗透速率受壁材薄膜的孔隙率与溶胀行为的影响。通过改变电沉积参数制备出微胶囊含量不同的复合镀铜层，并发现当试样水平放置时，复合镀铜层中微胶囊的含量明显增加；镀铜层中微胶囊含量随阴极电流密度、阴阳极距离、镀液中微胶囊溶液含量的增加呈现出先增加后减小的趋势；并且随着电沉积时间的增加，复合镀铜层中微胶囊的数量增加。囊壁材料影响复合镀铜层表面微胶囊的含量和粒径，以PVA为囊壁时，复合镀铜层表面微胶囊的含量高，粒径小。含憎水剂微胶囊复合镀铜层表面接触角的变化和含润滑油微胶囊复合镀铜层表面形貌、成分和性能随时间的变化，反映出微胶囊囊芯逐渐释放扩散到镀层表面，并改变了镀层的表面性能。与普通镀铜层相比，以PVA为囊壁的复合镀铜层中微胶囊释放速率慢，刚制备的复合镀铜层耐蚀能力较差；以明胶和MC为壁材的复合镀铜层中微胶囊释放速率快，修复了镀层表面的薄弱点，提高了镀层的耐蚀性能。在此基础上，结合铜箔-微胶囊壁材薄膜复合膜层的渗透性能，得出在环境条件相同时，复合镀铜层中微胶囊的释放速率主要取决壁材的性质。