本發明涉及鋁合金技術領域，尤其涉及一種鋁合金表面多層超疏水復合膜層的制備方法。

背景技術：

目前，鋁合金的密度低、比強度和比剛度高，被廣泛應用于航空航天、交通運輸和電器家具等領域，但在應用上由于其耐蝕性問題也受到一定限制，所以需對鋁合金進行表面處理來提高其表面性能。超疏水材料廣泛應用于日常生活、工業生產和軍事中，超疏水材料可以降低摩擦力，如在船舶工業中，如果船只外殼表面具有超疏水性，可以降低船只航行的阻力，從而提高其航行速度并且降低耗油量。另外在金屬表面制備超疏水性薄膜可以提高金屬材料表面的抗腐蝕能力，如果建筑外表面的金屬框架具有超疏水性，下雨天或是在潮濕環境下水滴就不會停留在金屬表面，也就降低了對金屬表面的腐蝕性，所以超疏水性材料具備廣泛的應用前景。

現有技術中超疏水薄膜的制備方法有很多，但都要考慮兩個因素：一是表面要具有微/納二元粗糙結構，二是表面物質具有低表面能。構建微/納二元粗糙結構的方法一般有刻蝕法，比如化學刻蝕法和等離子體刻蝕法。但一種刻蝕液一般對應一種或少數基體，且用這種方法制備粗糙表面通用性不好；另外也有用模板法構建微/納二元粗糙結構，但這種方法需要制作具有特定微觀結構的模板，然后通過擠壓、澆注等方式將特定的微觀結構賦予目標材料，過程較復雜。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種鋁合金表面多層超疏水復合膜層的制備方法，利用該制備方法能夠解決構建微/納二元粗糙結構造價昂貴、污染環境的問題，提供一種新的在鋁合金表面構建微/納二元粗糙結構的技術手段，從而制備出多層超疏水復合膜層。

一種鋁合金表面多層超疏水復合膜層的制備方法，所述制備方法包括：

步驟1、首先對預處理后的鋁合金試樣進行微弧氧化處理，得到表面粗糙度為微米級的多孔微弧氧化陶瓷層；

步驟2、將所得到的陶瓷層置于混合溶液中進行水熱反應，在所述陶瓷層的表面及孔洞內壁處生成類水滑石薄膜，構建出具有微/納二元粗糙結構的復合膜層；

步驟3、利用硬脂酸對所述復合膜層進行低表面能修飾，最終在鋁合金表面形成多層超疏水復合膜層。

在所述步驟1中：所述微弧氧化處理所使用的電解液包括：5-20g/L的硅酸鈉、1-10g/L的氫氧化鉀和1-10ml/L的丙三醇；且所述電解液的溫度為20-25℃；

所述微弧氧化處理所使用的直流脈沖電壓為300-500V；

所得到的多孔微弧氧化陶瓷層的表面粗糙度為1-3μm。

在所述步驟2中：所述混合溶液為硫酸金屬鹽與無水硫酸鈉按照物質的量比為1:5配制而成；該混合溶液的pH值為5-7，其中所述硫酸金屬鹽的濃度為0.05-0.3mol/L；

所述水熱反應的溫度為50-100℃，反應時間為2-48h；

所得到的復合膜層的表面粗糙度為500-900nm。

在所述步驟3中：所采用的硬脂酸為包含0.01-0.1mol/L硬脂酸的乙醇溶液，且溶液溫度為20-25℃；

所述低表面能修飾的反應時間控制在4-7h；經低表面能修飾處理后的復合膜層的接觸角＞150°。

由上述本發明提供的技術方案可以看出，利用上述制備方法能夠解決構建微/納二元粗糙結構造價昂貴、污染環境的問題，提供一種新的在鋁合金表面構建微/納二元粗糙結構的技術手段，從而制備出多層超疏水復合膜層。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他附圖。

圖1為本發明實施例所提供鋁合金表面多層超疏水復合膜層的制備方法流程示意圖。

具體實施方式

下面結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明的保護范圍。

下面將結合附圖對本發明實施例作進一步地詳細描述，如圖1所示為本發明實施例所提供鋁合金表面多層超疏水復合膜層的制備方法流程示意圖，所述制備方法包括：

步驟1、首先對預處理后的鋁合金試樣進行微弧氧化處理，得到表面粗糙度為微米級的多孔微弧氧化陶瓷層；

在該步驟1中，所述微弧氧化處理所使用的電解液包括：5-20g/L的硅酸鈉、1-10g/L的氫氧化鉀和1-10ml/L的丙三醇；

且所述電解液的溫度為20-25℃；

所述微弧氧化處理所使用的直流脈沖電壓為300-500V；

所得到的多孔微弧氧化陶瓷層的表面粗糙度為1-3μm。

步驟2、將所得到的陶瓷層置于混合溶液中進行水熱反應，在所述陶瓷層的表面及孔洞內壁處生成類水滑石薄膜，構建出具有微/納二元粗糙結構的復合膜層；

在所述步驟2中，所述混合溶液為硫酸金屬鹽(如硫酸鎂、硫酸鋅等)與無水硫酸鈉按照物質的量比為1:5配制而成；該混合溶液的pH值為5-7，其中所述硫酸金屬鹽的濃度為0.05-0.3mol/L；

所述水熱反應的溫度為50-100℃，反應時間為2-48h；

所得到的復合膜層的表面粗糙度為500-900nm。

步驟3、利用硬脂酸對所述復合膜層進行低表面能修飾，最終在鋁合金表面形成多層超疏水復合膜層。

在所述步驟3中，所采用的硬脂酸為包含0.01-0.1mol/L硬脂酸的乙醇溶液，且溶液溫度為20-25℃；

所述低表面能修飾的反應時間控制在4-7h；經低表面能修飾處理后的復合膜層的接觸角＞150°，顯示超疏水性能，且復合膜層與基體結合力良好。

下面以具體的實例對上述制備方法進行詳細說明：

首先制備微弧氧化陶瓷層，先將鋁合金試樣放置于50g/L的NaOH堿洗液中，加熱至60℃，直至試樣表面完全變黑后取出；然后將試樣清洗后放置于20％的硝酸出光液中直至試樣恢復合金本身光澤；重復上述兩步直至試樣表面放入堿洗液中立即變黑即可；再將鋁合金表面經過200#、600#、1000#、2000#砂紙打磨，拋光后，用丙酮、乙醇和去離子溶液超聲清洗后吹干備用；微弧氧化電解液的組成為：18g/L硅酸鈉、9g/L氫氧化鉀、3ml/L丙三醇；微弧氧化脈沖電源電壓：36 0V；電解液的溫度控制在為20～25℃；微弧氧化陶瓷層表面粗糙度為2.4μm。將進過處理的鋁合金試樣通過鋁絲連接，一端固定在陽極銅棒上，有試樣的一端浸沒在電解液中，進行微弧氧化處理。處理完畢后將試樣取出用乙醇溶液清洗再吹干。

然后構建復合類水滑石薄膜，具體是先配制混合溶液：硫酸鎂濃度為0.05mol/L、無水硫酸鈉濃度為0.3mol/L，采用氫氧化鈉溶液調節混合溶液pH值為6.5；然后將上述步驟所制備的試樣垂直放置于混合溶液中，并進行密閉處理；在70℃下反應24h后，取出試樣用乙醇溶液清洗再吹干。

最后進行低表面能物質修飾，具體是先配制好0.05mol/L硬脂酸的乙醇溶液，再將第二個步驟得到的試樣垂直放置于溶液中，在室溫下反應5h后取出試樣用乙醇溶液清洗再晾干，最終得到鋁合金表面多層超疏水復合膜層。

綜上所述，本發明實施例所述方法通過在鋁合金表面進行微弧氧化處理和在微弧氧化陶瓷層表面復合類水滑石薄膜，構建出具有微/納二元粗糙結構的膜層，利用硬脂酸對復合膜層進行低表面能修飾，降低其表面能，在鋁合金表面構造出超疏水薄膜。由于微弧氧化陶瓷層與類水滑石薄膜均是原位生長，所以與基體結合力較好，不易脫落；并且微弧氧化處理與類水滑石薄膜的復合所使用的原料毒性低，對環境不造成污染，所使用的原料價格便宜，利于大規模工業化生產。

以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明披露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。