良好的粘接和涂层与接触角测量

问:如何确认金属零件没有表面残留物，以免影响粘接或涂覆?

答:许多商店使用水破测试来验证零件是干净的。水会均匀地覆盖干净的部分。然而，表面的肥皂残渣或肥皂冲洗水可以欺骗这个测试。

一些商店使用达因笔来检查表面是否清洁，是否可以涂刷。达因笔的一些缺点是钢笔的保质期有限，颜料残留在表面，这可能是不希望清晰或薄的涂层。

每年，清洁研究小组都会回答人们关于接触角测量的问题，他们正在寻找水破或达因笔测试的廉价替代品。

问:什么是接触角测量?

答:接触角是衡量水“喜欢”表面的程度。它的角度范围从0度——完全润湿——到180度——一个超疏水表面。

问:水是如何测试洁净度的?

答:大自然将走向总能量最低的状态。金属表面(图1)被氧化了，这个金属氧化层是一个高能表面。任何表面能较低的涂层都会自发地扩散到覆盖高能氧化层。纯水(例如去离子水)具有较高的表面张力(72 N/m)和表面能(72 J/m)²)，但仍低于清洁和裸露的金属氧化物表面。因此，一滴纯净水会自发地扩散到一个接触角很小的干净金属零件上(图1，右)。

如果有其他物质(比如我们实验室附近松林中的有机分子)接触到高能金属氧化物表面，它们会自发地粘附在表面上。这些污染物就像一层涂层，阻止水与表面的相互作用。将纯净水放在被污染的表面会产生很大的接触角(图1，左)。

在清洁研究小组实验室，我们观察到新清洁表面的接触角在一小时内从20度增加到40度。接触角是一种非常灵敏的表面污染技术。

问:接触角测试可以被愚弄吗?

答:是的。如果水中有表面活性剂，那么它会人为地产生低的结果。这是有道理的。肥皂水会自发地润湿油腻的表面，因为表面活性剂降低了水的表面张力(从72 J/m²至20 J/m²这样就减少了扩散的能量损失。

小贴士:在使用之前摇一摇水，看看水表面的气泡是否比预期的持续时间长。它们应该在干净的水中迅速爆裂消失。摇纯净水和加一滴肥皂的纯净水来测试自己。

水接触角测试失败的另一种情况是金属表面有亲水(离子或极性)污染物。这将导致水扩散到污染物上，使用户认为表面是干净的。

专业提示:寻找形状异常的水滴来检测这种行为。液滴通常采用污染的形状，而不是采用圆形。

问:我需要买什么来测试我的零件的水接触角?

答:使用非常小的水滴是必要的，这样水滴的形状不受重力的影响。因此，你应该购买一个10微升的小移液管和一些一次性移液管头。这些可以在网上零售商买到，价格不到50美元。图2中的诺姆图表示10微升的下降。这说明了在不同的接触角度下下降腰的大小。

在使用一段时间后，用户可能会确定，例如，小于60度的接触角始终提供良好的涂层或粘结结果。然后，这种接触角法可以作为质量检查。在这个例子中，如果一个10微升的液滴扩散超过4毫米，那么表面就足够干净，可以在下一步的工艺中使用良好的涂层或粘合剂。

如需更多资讯，请浏览清洁研究小组的网页(shsu.edu/academics/chemistry/cleanresearch/)，浏览“产品质素清洁工作坊”shsu.edu/pqcw．