一種金屬超疏水表面及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種金屬超疏水表面及其制備方法。包括兩個步驟。第一步采用電鍍法以傳統(tǒng)的Watts電鍍液為基礎(chǔ)電鍍液，以不銹鋼、銅、鋁合金、鎂鋁合金等導(dǎo)電金屬基材作為的陰極，銅片作為陽極，制備鎳鍍層。第二步將電鍍表面與含有氟硅烷的乙醇溶液一起放在加熱爐中熱處理后，取出樣品洗凈吹干，即在金屬工件表面獲得具有超疏水功能的表面。本發(fā)明超疏水表面制備方法簡單，成本低廉，易于工業(yè)化應(yīng)用。制備超疏水表面的接觸角超過155o，滾動角低于10o，不僅具有非常好的超疏水性和自清潔功能，而且具有優(yōu)異的耐磨和防腐蝕功能，適合在各種形狀復(fù)雜且大面積金屬基材表面獲得超疏水、自清潔、耐磨和耐腐蝕的超疏水表面。
【專利說明】一種金屬超疏水表面及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及在不同形狀金屬基材表面獲得超疏水表面的方法，所獲得的超疏水表面不僅具有非常好的超疏水和自清潔功能，而且具有優(yōu)異的耐磨和防腐蝕功能。
【背景技術(shù)】
[0002]超疏水表面是指與水接觸角大于150°的表面。由于超疏水表面具有特殊的潤濕特性，使其在防水、防霧、防污、防結(jié)冰、工業(yè)裝置和建筑物的自清潔、高壓電氣設(shè)備的自清潔與防閃絡(luò)、生物醫(yī)學(xué)和仿生材料應(yīng)用、管道防水與抗腐蝕、流體減阻節(jié)能、電力輸送塔架和電纜在冬季防冰雪等許多方面都有潛在應(yīng)用前景。當(dāng)水滴在超疏水表面的滾動角小于10°時，該超疏水表面還具有自清潔功能，具有自清潔功能的超疏水表面可以在液滴滾動的過程中吸附污染物并將其帶離表面，從而達到清潔的目的。
[0003]通常情況下，純金屬表面為親水性，在金屬基體表面制備具有超疏水功能的表面引起了廣大研究者的關(guān)注。目前，化學(xué)刻蝕、熱噴涂、氣相沉積和電鍍等方法可用于在金屬基體表面制備具有超疏水功能的表面。申請?zhí)枮?01110152051.2公開了一種電鍍法制備超疏水鈷鍍層的方法，所用的電鍍液以氯化膽堿離子液體作為溶劑，以NiCl2或NiCl2.6Η20為溶質(zhì)，在一定溫度和電鍍電壓下，電鍍制備了超疏水鈷鍍層。申請?zhí)枮?01210114736.2公開了一種具有超疏水鍍層的鎂合金制備方法，首先在鎂合金上制備二元微納米粗糙結(jié)構(gòu)，再經(jīng)低表面能的長直鏈烷酸修飾后獲得超疏水性能。申請?zhí)枮?01210483659.8公開了一種金屬表面超疏水招表面制備方法，在活性金屬基磁控派射招鍍層表面構(gòu)建微納復(fù)合結(jié)構(gòu)，然后在十四酸中浸 泡一段時間，獲得超疏水鋁表面。遺憾的是，這些公開專利并未涉及所獲超疏水表面的耐摩擦性能。過去的超疏水表面制備方法，制備的超疏水表面耐摩擦性能較弱，而耐摩擦性能弱的超疏水表面很難在實際的工業(yè)上具有應(yīng)用價值。
[0004]本發(fā)明采用簡單電鍍和熱處理方法，可在復(fù)雜形狀的鋁、銅和不銹鋼等導(dǎo)電金屬表面制備具有接觸角大于155° ,滾動角小于10°的超疏水自清潔表面,該表面具有很好的耐腐蝕和耐摩擦性，說明本發(fā)明制備的超疏水表面與金屬基材具有非常高的結(jié)合力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明專利提供了一種超疏水表面及其制備方法，采用簡單電鍍和熱處理方法，可在復(fù)雜形狀的金屬表面制備具有接觸角大于155°，滾動角小于10°的超疏水自清潔表面，該表面還具有優(yōu)異的耐腐蝕和耐摩擦性能。本發(fā)明的超疏水表面制備方法簡單，便于工業(yè)化，成本低廉，在電氣行業(yè)、船舶和汽車行業(yè)及建筑行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用價值。
[0006]本發(fā)明的目的通過下列技術(shù)方案實現(xiàn)的:一種超疏水表面及其制備方法，包括下列步驟:
O工件表面電鍍鎳鍍層:將工件表面用砂紙打磨、洗凈和吹干，作為陰極，以銅片作為陽極，于基礎(chǔ)鍍液中，電鍍制備鎳鍍層，得到電鍍后的工件；
2)熱處理改性:將電鍍后的工件與含有氟硅烷的乙醇溶液放入加熱爐中，熱處理后洗凈吹干，得到金屬超疏水表面。
[0007]優(yōu)先地，步驟I)中所述工件包括不銹鋼、銅、鋁合金或鎂鋁合金；所述工件為導(dǎo)電金屬。
[0008]優(yōu)先地，在步驟I)中所述砂紙打磨是將工件用400目和800目砂紙打磨，所述洗凈是用純凈水洗凈。
[0009]優(yōu)先地，步驟I)中所述基礎(chǔ)電鍍液為Watts電鍍液，其組分包括硫酸鎳320g l-1，六水合氯化鎳50 g l-1和硼酸45g l-1。
[0010]優(yōu)先地，步驟I)中所述電鍍中電鍍溫度為20-80°C，電流密度為0.1-0.5 A cm2,電鍍時間為30-120 min。
[0011]優(yōu)先地，所述氟硅烷包括十七氟癸基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷或十三氟辛基三乙氧基硅烷的一種以上。
[0012]優(yōu)先地，所述氟硅烷的乙醇溶液中氟硅烷體積百分含量為0.5%-10 %。
[0013]優(yōu)先地 ，所述熱處理的熱處理溫度為100-200°C，熱處理時間為10-120 min。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點:
1、本發(fā)明的制備方法可在所有復(fù)雜形狀的導(dǎo)電金屬材料表面制備超疏水表面。
[0015]2、本發(fā)明制備方法不需要復(fù)雜的加工設(shè)備，制備過程簡單，具有很好的應(yīng)用價值。
[0016]3、本發(fā)明電鍍所用電鍍液成分簡單，市場可售，對環(huán)境友好。電鍍工藝簡單可控，不含腐蝕性物質(zhì)，電鍍過程無蒸汽排放。
[0017]4、本發(fā)明熱處理方法簡單，所用化學(xué)試劑成分簡單，成本低廉。
[0018]5、本發(fā)明在金屬表面制備的超疏水表面平整、均勻，具有超疏水特性，接觸角在155^165°范圍，滾動角小于10°，并且有優(yōu)異的耐摩擦和耐腐蝕性能。本發(fā)明制備的超疏水表面可應(yīng)用于多種工業(yè)零部件外表面和金屬管道內(nèi)壁等需要自清潔、耐腐蝕、抗結(jié)冰和減小水阻力等各種場合。
[0019]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為實施例1制備超疏水表面接觸角照片；
圖2為實施例2制備超疏水表面接觸角照片；
圖3為實施例3制備超疏水表面接觸角照片；
圖4為實施例4制備超疏水表面接觸角照片；
圖5為實施例5制備超疏水表面接觸角照片；
圖6為實施例6制備超疏水表面接觸角照片。
[0021]具體實例方式
下面結(jié)合實例對本發(fā)明做進一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明要求保護的范圍不限于此。
[0022]實施例1
將黃銅片用400目和800目砂紙打磨后用純凈水沖洗，吹干，作為陰極，以同樣尺寸黃銅片作為陽極，在含有320 g l-1硫酸鎳、50g l-1六水合氯化鎳及45g l-1硼酸的Watts電鍍液中進行電鍍，電鍍電流密度為0.5A cm_2，電鍍溫度為50°C，電鍍時間為60 min后，電鍍完成后取出工件，用水清洗，吹干。[0023]將電鍍工件與體積百分比濃度為5%的十七氟癸基三乙氧基硅烷乙醇溶液一起放置于烘箱中，在100°C熱處理60 min，熱處理后取出樣品，測試其疏水、耐腐蝕和耐摩擦性能，結(jié)果如表1所示，其接觸角圖如圖1所示。
[0024]實施例2
將黃銅片用400目和800目砂紙打磨后用純凈水沖洗，吹干，作為陰極，以同樣尺寸黃銅片作為陽極，在含有320 g L-1硫酸鎳、50g L-1六水合氯化鎳及45g L-1硼酸的Watts電鍍液中進行電鍍，電鍍電流密度為0.3A cm_2，電鍍溫度為30°C，電鍍時間為30 min后，電鍍完成后取出工件，用水清洗，吹干。
[0025]將電鍍工件與體積百分比濃度為1%的十七氟癸基三乙氧基硅烷乙醇溶液一起放置于烘箱中，在120°C熱處理30 min，熱處理后取出樣品，測試其疏水、耐腐蝕和耐摩擦性能，結(jié)果如表1所示，其接觸角圖如圖2所示。
[0026]實施例3
將鋁片用400目和800目砂紙打磨后用純凈水沖洗，吹干，作為陰極，以同樣尺寸黃銅片作為陽極，在含有320 g l-1硫酸鎳、50g l-1六水合氯化鎳及45g l-1硼酸的Watts電鍍液中進行電鍍，電鍍電流密度為0.4 A cm2,電鍍溫度為50°C，電鍍時間為40 min后，電鍍完成后取出工件，用水清洗，吹干。
[0027]將電鍍工件與體積百分比濃度為10%的十七氟癸基三乙氧基硅烷乙醇溶液一起放置于烘箱中，在150°C熱處理10 min，熱處理后取出樣品，測試其疏水、耐腐蝕和耐摩擦性能，結(jié)果如表1所示，其接觸角圖如圖3所示。
[0028]實施例4
將鎂鋁合金片用400目和800目砂紙打磨后用純凈水沖洗，吹干，作為陰極，以同樣尺寸黃銅片作為陽極，在含有320 g L-1硫酸鎳、50g L-1六水合氯化鎳及45g L-1硼酸的Watts電鍍液中進行電鍍，電鍍電流密度為0.5A cm_2，電鍍溫度為50°C，電鍍時間為30min后，電鍍完成后取出工件,用水清洗,吹干。
[0029]將電鍍工件與體積百分比濃度為5%的十七氟癸基三甲氧基硅烷乙醇溶液一起放置于烘箱中，在100°C熱處理70 min，熱處理后取出樣品，測試其疏水、耐腐蝕和耐摩擦性能，結(jié)果如表1所示，其接觸角圖如圖4所示。
[0030]實施例5
將銅片用400目和800目砂紙打磨后用純凈水沖洗，吹干，作為陰極，以同樣尺寸黃銅片作為陽極，在含有320 g L-1硫酸鎳、50g L-1六水合氯化鎳及45g L-1硼酸的Watts電鍍液中進行電鍍，電鍍電流密度為0.3 A cm2,電鍍溫度為50°C，電鍍時間為50 min后，電鍍完成后取出工件，用水清洗，吹干。
[0031]將電鍍工件與體積百分比濃度為10%的十三氟辛基三甲氧基硅烷乙醇溶液一起放置于烘箱中，在120°C熱處理20 min，熱處理后取出樣品，測試其疏水、耐腐蝕和耐摩擦性能，結(jié)果如表1所示，其接觸角圖如圖5所示。
[0032]實施例6
將鋁片用400目和800目砂紙打磨后用純凈水沖洗，吹干，作為陰極，以同樣尺寸黃銅片作為陽極，在含有320 g L-1硫酸鎳、50g L-1六水合氯化鎳及45g L-1硼酸的Watts電鍍液中進行電鍍，電鍍電流密度為0.5 A cm2,電鍍溫度為50°C，電鍍時間為60 min后，電鍍完成后取出工件，用水清洗，吹干。
[0033]將電鍍工件與體積百分比濃度為8%的十三氟辛基三乙氧基硅烷乙醇溶液一起放置于烘箱中，在110°C熱處理40 min，熱處理后取出樣品，測試其疏水、耐腐蝕和耐摩擦性能，結(jié)果如表1所示，其接觸角圖如圖6所示。
[0034]表1各種實例制備的超疏水表面性能
(耐摩擦性指超疏水表面用800目砂紙摩擦2米后仍保持超疏水性所能忍受的最大壓力；耐腐蝕性指在3.5wt%NaCl水溶液中測試的電化學(xué)腐蝕率)
【權(quán)利要求】
1.一種金屬超疏水表面的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)工件表面電鍍鎳鍍層:將工件表面用砂紙打磨、洗凈和吹干，作為陰極，以銅片作為陽極，于基礎(chǔ)鍍液中，電鍍制備鎳鍍層，得到電鍍后的工件； 2)熱處理改性:將電鍍后的工件與含有氟硅烷的乙醇溶液放入加熱爐中，熱處理后洗凈吹干，得到金屬超疏水表面。
2.根據(jù)權(quán)利I所述金屬超疏水表面的制備方法，其特征在于，步驟1)中所述工件包括不銹鋼、銅、鋁合金或鎂鋁合金；所述工件為導(dǎo)電金屬。
3.根據(jù)權(quán)利I所述金屬超疏水表面的制備方法，其特征在于，步驟1)中所述基礎(chǔ)電鍍液為Watts電鍍液，其組分包括硫酸鎳320 g l-1，六水合氯化鎳50 g l-1和硼酸45g l-1。
4.根據(jù)權(quán)利I所述金屬超疏水表面的制備方法，其特征在于，步驟I)中所述電鍍中電鍍溫度為20-80°C，電流密度為0.1-0.5 A cm-2，電鍍時間為30-120 min。
5.根據(jù)權(quán)利I所述金屬超疏水表面的制備方法，其特征在于，所述氟硅烷包括十七氟癸基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷或十三氟辛基三乙氧基硅烷的一種以上。
6.根據(jù)權(quán)利I所述金屬超疏水表面的制備方法，其特征在于，所述氟硅烷的乙醇溶液中氟硅烷體積百分含量為0.5%-10 %。
7.根據(jù)權(quán)利I所述金屬超疏水表面的制備方法，其特征在于，所述熱處理的熱處理溫度為100-200°C，熱處理時間為10-120 min。
8.由權(quán)利要求1-7任一所述金屬超疏水表面的制備方法制備得到一種金屬超疏水表面。
【文檔編號】C25D3/12GK103952732SQ201410145166
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月11日
【發(fā)明者】蘇峰華, 姚凱 申請人:華南理工大學(xué)