采用大氣壓冷弧等離子體射流在防腐涂料表面制備了超疏水涂層。利用接觸角儀對涂層的疏水性能進行了檢測，并利用掃描電鏡、能量色散譜對涂層表面形貌和化學成分進行了表征，采用差壓流阻測試儀研究了等離子處理前后試樣表面的減阻效果。結果表明，經等離子體射流處理后的涂層表面水接觸角大于160°，滾動角小于5°，且該超疏水涂層在大氣中具有良好的穩定性。流阻測試實驗證明等離子射流處理后的試樣表面減阻率最大可達16.5%。涂層具有微米和納米凸起的二元復合結構，大幅度降低了涂層的表面能，二元結構中形成的空氣層，將固體與液體之間的摩擦轉化為氣體與液體之間的摩擦，有效降低了水在超疏水涂層表面的運動阻力。

　　近年來，超疏水表面由于具有非潤濕性和自清潔特性而受到人們的廣泛關注，其在衛星天線、新型燃料電池的開發、金屬表面的防腐蝕，以及生物醫學中人造血管等領域都具有非常高的應用價值。超疏水表面一般是指基底材料對水的靜態接觸角大于150°的表面。此外，在實際應用中，水滴在疏水表面的動態滾動角也逐漸被人們視為超疏水的重要表征之一，滾動角表示水滴在固體表面自由滾落的難易程度，滾動角越小，疏水性愈強，水滴在超疏水表面的接觸阻力非常小，能夠近似自由的滾動。

　　水下航行器在運行時，會受到三種阻力，興波阻力、差壓阻力和摩擦阻力，其中摩擦阻力約占到全部阻力的70% ～80%，減小摩擦阻力對于提高航行速度和節約能量有重要的實用價值。超疏水涂層具有獨特的憎水性使其成為一種新型的減阻村料。目前對于超疏水涂層的減阻機理普遍采用Navier 提出的壁面滑移理論，該理論認為流體與具有疏水性能的固體表面接觸時有一定的滑移速度，滑移壁面的存在使近壁區邊界面上的速度梯度減小，降低了流體在壁面之間的剪切力，從而降低了摩擦阻力。Elias在鋁板表面噴涂超疏水涂層后進行減阻測試，發現具有高接觸角和低滾動角的超疏水表面的減阻率可達30%，Martell通過一系列模擬得出在固體表面上制備超疏水涂層后，其在湍流情況下表面減阻可達到50%，李剛等在Si 表面制備超疏水涂層后進行了疏水性與流動減阻特性的研究，結果表明接觸角愈大疏水性愈強，減阻效果愈明顯。以上研究為超疏水涂層在減阻方面的應用提供了新的思路。

　　大氣壓等離子體射流能夠在常壓條件下實現材料表面改性和沉積薄膜，與其他制備方法相比，大氣壓等離子體具有運行成本低、設備簡單、操作方便，為更廣闊范圍的推廣應用提供了可能。本文采用大氣壓冷弧等離子體射流在防腐涂料表面上沉積超疏水涂層，通過水接觸角測試、掃描電鏡(SEM) 、X 射線能量色散譜(EDX) 等分析方法研究了超疏水涂層的表面潤濕性、物理形貌及化學成分的變化，并利用差壓流阻測試裝置對比了等離子沉積超疏水涂層前后的減阻效果，分析了其減阻機理。

　　1、實驗方法

　　1.1、涂層制備

　　大氣壓冷弧等離子體射流沉積系統的結構設計如圖1 所示。以Ar 氣為載氣體，六甲基二硅氧烷(HMDSO) 為反應單體，試樣置于等離子體噴槍下，在大氣環境中沉積超疏水涂層。將等離子槍與運動控制體系相連，可實現大面積均勻噴涂。噴槍豎直向下，通過調整噴槍的高度調節噴嘴到基底的距離。等離子體在內、外電極之間的區域產生，并經壓縮空氣吹出，射流火焰長度約為15 mm，直徑約為10mm。沉積薄膜時，一定流量的Ar 作為載氣通入反應單體HMDSO，將混有反應單體的氣體帶入等離子體反應中心進行活性反應，最后沉積于試樣表面形成超疏水涂層，實驗中的試樣采用帶有環氧底漆的鋁合金，以符合實際使用中對基底的防腐保護。

圖1 大氣壓等離子體射流沉積系統原理簡圖

　　1.2、性能特征與表征

　　1.2.1、接觸角測試

　　實驗在型號為KRUSS-DSACOO 的接觸角測試儀上進行。室溫下，采用靜態液滴法，水滴均為6μL，分別測取樣品表面上5 個點的接觸角，記錄數據求平均值，此值即為靜態接觸角。另外取15 μl的水滴置于水平樣品表面上，慢慢傾轉樣品臺，待水滴開始滾動時，記錄樣品臺與水平面之間的夾角，此值即為滾動角，同上測量五點取平均值。

　　1.2.2、SEM及EDX分析

　　采用德國zeissULTRA55 型SEM，觀察大氣壓等離子體沉積超疏水涂層的表觀形貌，加速電壓為8kV，并用EDX儀對涂層的化學元素進行分析。

　　1.2.3、涂層減阻測試

　　減阻測試采用差壓流阻測試裝置，其結構在專利中有具體說明，試樣置于流道下托盤內，保持試樣表面與水流方向平行，使水流能均勻通過試樣表面，確保數據準確性。通過測量水流流經試樣表面前后的差壓計算出試樣表面的剪切力，比較環氧底漆表面和超疏水涂層表面兩者剪切力數值，即可得出超疏水涂層的減阻效果。

　　3、結論

　　(1) 以HMDSO為反應單體，采用大氣壓等離子體射流制備了超疏水涂層，制備過程中Ar氣流量是影響涂層潤濕性關鍵參數，相同條件下，氣流量達到2 L/min 后接觸角達到150°以上，處于超疏水狀態。

　　(2) SEM 測試表明大氣壓冷弧等離子體射流沉積涂層表面呈微-納復合結構，結合EDX分析，表面的超疏水現象是由這種二階粗糙結構及低表面能物質SiOx共同構成的，因而具備高的接觸角和低的滾動角。

　　(3) 將大氣壓冷弧等離子體射流沉積的涂層置于大氣中，隨著時間的延長，接觸角與滾動角只略有變化，表明利用這種方法制備出的超疏水涂層具有長期的穩定性。

　　(4) 在本實驗條件下，利用流道式差壓測試設備對超疏水涂層進行減阻測試，能起到明顯的減阻效果，最大減阻可達16.49%。