聚多巴胺修饰聚四氟乙烯纳米颗粒增强电镀复合涂层的亲水性及铝合金耐腐蚀性能研究

为解决PTFE（聚四氟乙烯）颗粒表面能极低导致电镀液中分散性差、复合涂层中PTFE含量不足的问题，研究人员通过多巴胺（DA）改性在PTFE表面构建聚多巴胺（PDA）薄膜，利用其亲水基团（-OH/-NH2 ）和邻苯二酚络合金属离子的特性，实现了PTFE@PDA在镀液中的稳定分散及54%高体积分数复合，显著提升铝合金涂层的耐腐蚀性（自腐蚀电位达-0.22 V）和摩擦性能。该研究为纳米颗粒复合电镀提供了新策略。

铝合金因其轻质高强等特性广泛应用于航空航天等领域，但其在含Cl^-
的潮湿环境中极易发生点蚀，导致设备寿命缩短。传统聚四氟乙烯（PTFE）颗粒虽具有卓越的耐腐蚀性，但因表面能极低难以在电镀液中稳定分散，常规改性方法如等离子体处理成本高且破坏材料结构。如何在不改变PTFE本征性能的前提下提升其分散性并实现高含量复合，成为亟待解决的技术难题。

针对这一挑战，国内研究人员在《Results in Surfaces and Interfaces》发表研究，创新性地采用多巴胺（DA）在PTFE表面自聚合形成聚多巴胺（PDA）薄膜。通过优化DA聚合时间（24 h）和温度（35°C），使PTFE@PDA水接触角从136°降至30°，并利用PDA的邻苯二酚基团络合Ni²⁺
，最终通过正交实验确定最佳电镀参数（PTFE@PDA 7.5 g/L，电流密度0.05 A/cm²
），实现54%体积分数的PTFE复合。

关键实验技术：

1. 多巴胺原位聚合改性PTFE纳米颗粒（200 nm）
2. 正交实验优化电镀工艺（L₉
   (3⁴
   )设计）
3. 电化学工作站测试极化曲线与阻抗谱（EIS）
4. 扫描电镜（SEM）与能谱（EDS）分析涂层形貌与成分
5. 摩擦磨损测试（载荷3 N，频率2 mm/s）

研究结果
3.1 亲水性改性优化
红外光谱证实PDA成功包覆PTFE（O-H/N-H特征峰），24 h改性后水接触角降至46°（图3），35°C时达30°（图5），且分散稳定性最佳（图S3）。

3.4 涂层形貌与成分
SEM显示PTFE@PDA均匀分布于涂层（图7），EDS测得F元素质量分数17.09%，对应PTFE体积分数54%（图9）。XPS证实C-F₂
（292.18 eV）和Ni 2p_3/2
（856.3 eV）共存（图11）。

3.6 耐腐蚀性能
极化曲线显示Ni-PTFE@PDA自腐蚀电位（-0.22 V）较铝合金正移1.04 V，腐蚀电流密度降低3个数量级（1.02×10^-8
A/cm²
）（表3）。EIS拟合表明其膜电阻（85,308 Ω·cm²
）远超Ni-P涂层（表4）。

3.7 摩擦性能
复合涂层摩擦系数（0.15）较纯镍层（0.6）降低75%（图13），磨损体积仅0.0039 mm³
（图S5），归因于PTFE的自润滑转移膜效应。

结论与意义
该研究通过DA改性实现了PTFE的高效亲水化，突破传统复合电镀中纳米颗粒含量低的限制。54%体积分数的PTFE@PDA复合涂层使铝合金耐腐蚀性和摩擦性能显著提升，且工艺简便、成本低廉，为航空航天、海洋工程等领域的防腐涂层开发提供了新思路。此外，PDA的通用黏附特性可拓展至其他纳米颗粒复合体系，具有广泛的应用潜力。