專利名稱：一種超疏水多孔鋁合金材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及金屬材料處理技術領域，尤其是指一種超疏水多孔鋁合金材料及其制備方法。
背景技術：
近年來，超疏水表面(材料表面與水的接觸角大于150°，并且水滴在表面上有較小的滾動角)引起了廣泛的研究興趣。由于液體在超疏水表面上的接觸面積非常小，可以有效地抑制表面氧化、腐蝕、霜凍、電流傳導等現(xiàn)象；另外，超疏水表面的水滴不能在表面穩(wěn)定停留，稍微傾斜表面便會從表面滾落而不留下任何痕跡，因此，超疏水表面在室外天線、外墻涂料、輪船、生物醫(yī)療器械、微流體、汽車擋風玻璃等領域都具有廣泛的應用前景。鋁合金是工業(yè)中應用最廣泛的一類有色金屬結(jié)構(gòu)材料，廣泛應用于航空航天、汽車、機械制造、船舶及化學工業(yè)。具有優(yōu)良的導電性、導熱性、加工塑性、抗蝕性和較高的強度。然而，常用的鋁合金表面處理方法所獲得的金屬表面不具有自清潔性，容易被污染，超疏水鋁合金的制備成功將有助于提高鋁合金的應用效率和范圍。要使鋁合金超疏水表面在實際工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及日常生活中真正使用，其制備工藝是關鍵，也是基礎。近年來，發(fā)展了一些制備招合金超疏水表面的技術，如化學氣相沉積法、電化學沉積法、聚電解質(zhì)交替沉積法、陽極氧化法、等離子體法、化學蝕刻法等。然而，現(xiàn)有的這些方法要么使用昂貴的材料如表面能極低的氟化硅氧烷，要么需要特殊的加工設備如等離子加工設備或復雜的工藝過程，因 而成本較高，難以產(chǎn)業(yè)化，且生產(chǎn)的鋁合金超疏水表面與水的接觸角小于150° ,水滴在表面的滾動角大于10° ,疏水性能不佳。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在于針對目前超疏水多孔鋁合金材料疏水性能不佳、制造工藝設備復雜及成本較高的問題，而提供解決以上問題的一種超疏水多孔鋁合金材料及其制備方法。為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:一種超疏水多孔鋁合金材料，所述鋁合金材料表面為暗紅色，表面與水的接觸角在150° 166°之間,水滴在表面的滾動角小于10°。一種如上所述的超疏水多孔鋁合金的制備方法，其特征在于，制備包括以下順序的工藝步驟:(I)將表面勻質(zhì)光滑的純鋁或鋁合金板材進行機械磨光和拋光，去除表面缺陷和氧化膜，用去尚子水清洗5-35分鐘，并烘干；(2)用0.5-3mol/L鹽酸溶液浸泡板材5_25分鐘，并用去離子水清洗，烘干；(3)配制化學處理液為 0.015-0.4mol/L 的 Cu(NO3)2 與 0.8_5g/L 的 NaCl 混合溶液。然后將鋁板材浸入化學處理液中，反應時間均為30-150分鐘，使其表面形成尖晶石型CuAl2O4納米晶，將反應后的鋁板材用蒸餾水清洗并烘干或是自然干；(4)然后將鋁片放入質(zhì)量分數(shù)為0.2-3%的硬脂酸乙醇溶液中浸泡，時間為10-50分鐘，溫度為5-45°C，降低其表面自由能；(5)用適量無水乙醇清洗，取出再用清水沖凈，在相對濕度為60 75%，室溫大氣環(huán)境下干燥4-45小時；即得所述的超疏水多孔鋁合金。所述步驟I中清洗時間為25分鐘。所述步驟2中鹽酸溶液濃度為2mol/L，浸泡時間為15分鐘。所述步驟3中Cu(NO3)2的濃度為0.2mol/L,NaCl的濃度為3g/L，反應時間均為80分鐘。所述步驟4中的硬脂酸乙醇溶液的濃度為I %，浸泡時間為30分鐘，溫度為室溫
25。。。所述步驟5中對濕度為65%，室溫大氣環(huán)境下干燥24小時。本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明的超疏水多孔鋁合金材料，為暗紅色，表面與水的接觸角在150° 166°之間,水滴在表面的滾動角小于10° ,具有良好的疏水性；本發(fā)明的超疏水多孔鋁合金材料制備方法，制備方法操作工藝簡單、重現(xiàn)性好、無需任何昂貴設備、也不需要復雜的化學處理過程，可在傳統(tǒng)工藝上進行改進，成本低廉，具有很好的工業(yè)化應用前景。


圖1.本發(fā)明實施例1獲得的超疏水鋁合金表面的掃描電鏡2.本發(fā)明實施例1獲得的超疏水鋁合金表面與水的接觸角測試圖
具體實施方式
:實施例1首先，先將鋁合金板材進行機械磨光和拋光，去除表面缺陷和氧化膜，用乙醇和去離子水分別清洗15分鐘。用2mol/L鹽酸溶液浸泡板材15分鐘，并用去離子水清洗，烘干；將0.lmol/L硝酸銅和4g/L氯化鈉混合并充分攪拌制成槽液；將鋁合金板材浸入30°C 40°C槽液中80分鐘，隨后用去尚子水充分清洗,并在爐溫80_100°C中干燥。在質(zhì)量分數(shù)為I %的硬脂酸乙醇溶液中浸泡30分鐘，在相對濕度為60 75%，室溫大氣環(huán)境下干燥24小時，即可制備出鋁合金超疏水表面。用0CA20接觸角測試儀測試該涂層表面的潤濕性，結(jié)果表明該表面與水的接觸角分別為160±2°和154±2°，如圖1所示，為本實施例超疏水鋁合金表面的掃描電鏡圖，圖2為本實施例超疏水鋁合金表面與水的接觸角測試圖。實施例2首先，先將純鋁板材料進行機械磨光和拋光，去除表面缺陷和氧化膜，用乙醇和去離子水分別清洗5分鐘。用0.5mol/L鹽酸溶液浸泡板材25分鐘，并用去離子水清洗，烘干；將0.015mol/L硝酸銅和0.8g/L氯化鈉混合并充分攪拌制成槽液；將鋁板材料浸入30°C 40°C槽液中150分鐘，隨后用去尚子水充分清洗,并在爐溫80_100°C中干燥。在質(zhì)量分數(shù)為
0.2%的硬脂酸乙醇溶液中浸泡50分鐘，在相對濕度為60 75%，室溫大氣環(huán)境下干燥45小時，即可制備出鋁合金超疏水表面。用0CA20接觸角測試儀測試該涂層表面的潤濕性，結(jié)果表明該表面與水的接觸角分別為162±2°和155±2°。實施例3
首先，先將鋁合金板材進行機械磨光和拋光，去除表面缺陷和氧化膜，用乙醇和去離子水分別清洗35分鐘。用3mol/L鹽酸溶液浸泡板材5分鐘，并用去離子水清洗，烘干；將
0.2mol/L硝酸銅和5g/L氯化鈉混合并充分攪拌制成槽液；將鋁合金板材浸入30°C 40°C槽液中30分鐘，隨后用去尚子水充分清洗,并在爐溫80_100°C中干燥。在質(zhì)量分數(shù)為3%的硬脂酸乙醇溶液中浸泡10分鐘，在相對濕度為60 75%，室溫大氣環(huán)境下干燥24小時，即可制備出鋁合金超疏水表面。用0CA20接觸角測試儀測試該涂層表面的潤濕性，結(jié)果表明該表面與水的接觸角分別為161±2°和154±2°。實施例4首先，先將鋁合金板材進行機械磨光和拋光，去除表面缺陷和氧化膜，用乙醇和去離子水分別清洗25分鐘。用2mol/L鹽酸溶液浸泡板材15分鐘，并用去離子水清洗，烘干；將0.2mol/L硝酸銅和3g/ L氯化鈉混合并充分攪拌制成槽液；將鋁合金板材浸入30°C 40°C槽液中80分鐘，隨后用去尚子水充分清洗,并在爐溫80_100°C中干燥。在質(zhì)量分數(shù)為
I%的硬脂酸乙醇溶液中浸泡30分鐘，在相對濕度為65%，室溫大氣環(huán)境下干燥28小時，即可制備出鋁合金超疏水表面。用0CA20接觸角測試儀測試該涂層表面的潤濕性，結(jié)果表明該表面與水的接觸角分別為163±2°和155±2°。以上所述實施例，只是本發(fā)明的較佳實例，并非來限制本發(fā)明實施范圍，故凡依本發(fā)明申請專利范圍所述的構(gòu)造、特征及原理所做的等效變化或修飾，均應包括于本發(fā)明專利申請范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種超疏水多孔鋁合金材料，其特征在于:所述鋁合金材料表面為暗紅色，表面與水的接觸角在150° 166°之間,水滴在表面的滾動角小于10°。
2.一種如權(quán)利要求1所述的超疏水多孔鋁合金的制備方法，其特征在于，制備包括以下順序的工藝步驟: (1)將表面勻質(zhì)光滑的純鋁或鋁合金板材進行機械磨光和拋光，去除表面缺陷和氧化膜，用去尚子水清洗5-35分鐘，并烘干； (2)用0.5-3mol/L鹽酸溶液浸泡板材5_25分鐘，并用去離子水清洗，烘干； (3)配制化學處理液為0.015-0.4mol/L的Cu(NO3)2與0.8_5g/L的NaCl混合溶液。然后將鋁板材浸入化學處理液中，反應時間均為30-150分鐘，使其表面形成尖晶石型CuAl2O4納米晶，將反應后的鋁板材用蒸餾水清洗并烘干或是自然干； (4)然后將鋁片放入質(zhì)量分數(shù)為0.2-3%的硬脂酸乙醇溶液中浸泡，時間為10-50分鐘，溫度為5-45°C，降低其表面自由能； (5)用適量無水乙醇清洗，取出再用清水沖凈，在相對濕度為60 75%，室溫大氣環(huán)境下干燥4-45小時；即得所述的超疏水多孔鋁合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述超疏水多孔鋁合金的制備方法，其特征在于，所述步驟I中清洗時間為25分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述超疏水多孔鋁合金的制備方法，其特征在于，所述步驟2中鹽酸溶液濃度為2mol/L，浸泡時間為15分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述超疏水多孔鋁合金的制備方法，其特征在于，所述步驟3中Cu(NO3)2的濃度為0.2mol/L, NaCl的濃度為3g/L，反應時間均為80分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述超疏水多孔鋁合金的制備方法，其特征在于，所述步驟4中的硬脂酸乙醇溶液的濃度為I %，浸泡時間為30分鐘，溫度為室溫25°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述超疏水多孔鋁合金的制備方法，其特征在于，所述步驟5中對濕度為65%,室溫大氣環(huán)境下干燥24小時。
全文摘要
本發(fā)明涉及金屬材料處理技術領域，尤其是指一種超疏水多孔鋁合金材料及其制備方法；本發(fā)明的超疏水多孔鋁合金材料，為暗紅色，表面與水的接觸角在150°～166°之間，水滴在表面的滾動角小于10°，具有良好的疏水性；本發(fā)明的超疏水多孔鋁合金材料制備方法，制備方法操作工藝簡單、重現(xiàn)性好、無需任何昂貴設備、也不需要復雜的化學處理過程，可在傳統(tǒng)工藝上進行改進，成本低廉，具有很好的工業(yè)化應用前景。
文檔編號C22C1/08GK103173644SQ201110433299
公開日2013年6月26日 申請日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月21日
發(fā)明者陳洪, 吳若梅, 彭學軍 申請人:東莞市才智坊新材料有限公司