基于水合肼處理構(gòu)筑減摩耐磨性能超疏水薄膜制備方法
【專利摘要】本發(fā)明的基于水合肼處理構(gòu)筑減摩耐磨性能超疏水薄膜制備方法，依次包括以下步驟：第一步，預(yù)處理：先后用丙酮、無水乙醇清洗鋁或鋼表面，采用常規(guī)溶膠凝膠技術(shù)在鋁或鋼表面涂覆Al2O3或TiO2溶膠，熱處理得到Al2O3或TiO2薄膜后備用；第二步，水合肼處理：在水合肼水溶液中恒溫浸泡6-72小時，清洗，干燥；第三步，表面改性：在脂肪酸乙醇溶液恒溫浸泡8-24小時，取出后用無水乙醇清洗，氮?dú)獯蹈桑纯傻玫匠杷∧?。制備的薄膜能夠長期穩(wěn)定的保持良好的超疏水性能和優(yōu)異的減摩和抗磨性能，可以極大改善鋁和鋼基材的摩擦學(xué)性能。
【專利說明】基于水合肼處理構(gòu)筑減摩耐磨性能超疏水薄膜制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于表面工程【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及利用水合肼處理鋁或鋼表面氧化物薄膜獲得優(yōu)異減摩耐磨性能的超疏水薄膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超疏水薄膜是指表面與水的接觸角大于150°且滾動角小于10°的薄膜。這種特殊的表面潤濕性能使得超疏水材料具有很低的表面自由能和很好的抗粘附性能，因而在自清潔材料、微流體器件、流體減阻等領(lǐng)域表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。
[0003]目前報道的在材料表面構(gòu)筑超疏水薄膜的方法有自組裝技術(shù)、溶膠-凝膠法、物理或化學(xué)氣相沉積法、化學(xué)刻蝕法等，其中溶膠凝膠法因具有操作簡單，對設(shè)備要求低，重復(fù)性和選擇性好等優(yōu)點(diǎn)，因此受到了廣泛的關(guān)注。Tadanaga等人首先采用溶膠-凝膠技術(shù)在材料表面制備三氧化二鋁薄膜，然后采用全氟烷基氯硅烷或全氟烷基烷氧基硅烷處理表面，使表面獲得較低的表面自由能，從而制得透明的高疏水性涂層。(Tadanaga K.et al,Thin Solid Films, 516(2008)4526)。Zhang等人采用同樣的方法在不銹鋼表面也制備了三氧化二招超疏水薄膜(Zhang X.et al, Applied Surface Science 254 (2008) 5129)。然而，這一方法也存在著明顯的技術(shù)缺陷，這主要表現(xiàn)在采用溶膠凝膠法在材料表面構(gòu)筑的氧化物薄膜一般較平整，要實現(xiàn)材料表面的超疏水性能，需要將氧化物薄膜經(jīng)過沸水處理以獲得較大的粗糙度，但是這樣的處理無疑會明顯降低材料表面氧化物薄膜的機(jī)械強(qiáng)度，減小氧化物薄膜與基體的結(jié)合，在極端條件下甚至使氧化物薄膜從基體剝落。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服諸多高疏水薄膜疏水性能不穩(wěn)定、不耐機(jī)械磨損從而難以實際應(yīng)用的缺陷，提供一種利用水合肼處理鋁或鋼表面Al2O3或TiO2薄膜，并經(jīng)脂肪酸修飾后獲得具有優(yōu)異減摩耐磨性能的超疏水薄膜的簡易的制備方法。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是，基于水合肼處理構(gòu)筑減摩耐磨性能超疏水薄膜制備方法，該方法依次包括以下步驟:
第一步，預(yù)處理:先后用丙酮、無水乙醇清洗鋁或鋼表面，采用常規(guī)溶膠凝膠技術(shù)在鋁或鋼表面涂覆Al2O3或TiO2溶膠，熱處理得到Al2O3或TiO2薄膜后備用；
第二步，水合肼處理:在水合肼水溶液中恒溫浸泡6~72小時，清洗，干燥；
第三步，表面改性:在脂肪酸乙醇溶液恒溫浸泡8~24小時，取出后用無水乙醇清洗，氮?dú)獯蹈桑纯傻玫匠杷∧ぁ?br> [0006]上述的基于水合肼處理構(gòu)筑減摩耐磨性能超疏水薄膜制備方法，第二步，水合肼處理中，所述水合肼水溶液的濃度為10-50%，恒溫溫度為2(T30°C。
[0007]上述的基于水合肼處理構(gòu)筑減摩耐磨性能超疏水薄膜制備方法，第三步，表面改性中，所述脂肪酸乙醇溶液的濃度為0.001-0.01mol/L，恒溫溫度為2(T60°C。[0008]本發(fā)明具有如下特點(diǎn)及有益技術(shù)效果:
1、在本發(fā)明的制備方法中，選用市場上非常容易獲得水合肼溶液來代替現(xiàn)有技術(shù)中常用的沸水，利用水合肼與氧化物的作用，在室溫下就可以在氧化物表面構(gòu)筑一定表面粗糙度，然后采用價格更為便宜的脂肪酸來處理表面，從而在金屬鋁及45#鋼表面制備出超疏水氧化物薄膜，這類薄膜能夠表現(xiàn)出極為優(yōu)異減摩耐磨特性，可極大改善金屬鋁及45#鋼的摩擦學(xué)性能。
[0009]2、本發(fā)明所制備的超疏水薄膜對高濕度環(huán)境下的水汽不潤濕，對冷凝形成的液滴具有極小的粘附力，可輕易掉落，能在一定程度上防結(jié)冰，并且液滴滑落可以帶走灰塵雜質(zhì)，使得薄膜有自清潔作用。
[0010]3、本發(fā)明提供的水合肼處理鋁或鋼表面氧化物薄膜并經(jīng)脂肪酸修飾后制備的薄膜能夠長期穩(wěn)定的保持良好的高疏水性能和優(yōu)異的減摩和抗磨性能，可以極大改善鋁和鋼基材的摩擦學(xué)性能。
[0011]4、本發(fā)明的制備方法簡單，實用性強(qiáng)，不需要昂貴的設(shè)備，同時原料便宜，技術(shù)可操作性和重復(fù)性好，易于大批量制備和工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是45#鋼表面TiO2超疏水薄膜的摩擦磨損實驗數(shù)據(jù)示意圖。
[0013]圖2是鋁表面Al2O3超疏水薄膜的摩擦磨損實驗數(shù)據(jù)示意圖。
[0014]圖3是鋁表面TiO2超疏水薄膜的摩擦磨損實驗數(shù)據(jù)示意圖。
【具體實施方式】
[0015]下面參照附圖，結(jié)合三個實施例，對本發(fā)明提供的水合肼特殊處理鋁或鋼獲得優(yōu)異減摩耐磨性能的薄膜的制備方法，進(jìn)行詳細(xì)的說明。
[0016]實施例1
本實施例的45#鋼表面具有優(yōu)異減摩耐磨性能TiO2超疏水薄膜的制備方法，包括以下步驟:
第一步，預(yù)處理:先后用丙酮、無水乙醇(分析純)清洗樣品表面，以除去試樣表面的油脂等雜物，然后用氮?dú)獯蹈蓚溆?；采用常用的溶膠凝膠法在鋼表面涂覆TiO2溶膠，480° C煅燒90min便可得到Ti02薄膜。
[0017]第二步，水合肼處理:上述處理好的試樣在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%的水合肼水溶液中室溫下浸泡24小時，無水乙醇清洗干凈，氮?dú)獯蹈蓚溆谩?br> [0018]第三步，表面改性:將上述處理好的試樣在摩爾濃度為0.01mol/L的硬脂酸-乙醇溶液中室溫下浸泡24小時，用無水乙醇清洗，氮?dú)獯蹈?，即可得到超疏水疏水薄膜，薄膜的接觸角達(dá)到153°C。
[0019]本實施例的45#鋼表面TiO2超疏水薄膜的摩擦磨損實驗數(shù)據(jù)見圖1。
[0020]將水及鹽溶液滴到本實施例制備得到的超疏水表面上進(jìn)行接觸角測定，接觸角均超過150度，滾動角小于10度。說明本實施例所制備的超疏水薄膜對高濕度環(huán)境下的水汽不潤濕，對冷凝形成的液滴具有極小的粘附力，可輕易掉落，能在一定程度上防結(jié)冰，并且液滴滑落可以帶走灰塵雜質(zhì)，使得薄膜有自清潔作用。[0021]在下列實驗條件下:室溫20°C左右，相對濕度保持在40%_50%，載荷0.5~IN，往復(fù)行程6mm，往復(fù)頻率2Hz，對偶直徑為4mm的軸承鋼球(GCrl5)。實驗發(fā)現(xiàn)本實施例制得的超疏水薄膜具備優(yōu)異的減摩耐磨特性，可以極大改善45#鋼基材的摩擦學(xué)性能。
[0022]實施例2
本實施例的鋁表面具有優(yōu)異減摩耐磨性能A1203超疏水薄膜的制備方法，包括以下步
驟:
第一步，預(yù)處理:先后用丙酮、無水乙醇(分析純)清洗樣品表面，以除去試樣表面的油脂等雜物，然后用氮?dú)獯蹈蓚溆?；采用常用的溶膠凝膠法在鋁表面涂覆Al2O3溶膠，480° C煅燒90min便可得到Al2O3薄膜。
[0023]第二步，水合肼處理:將上述處理好的試樣在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%的水合肼水溶液中室溫下浸泡24小時，無水乙醇清洗干凈，氮?dú)獯蹈蓚溆谩?br> [0024]第三步，表面改性:在摩爾濃度為0.01mol/L的硬脂酸-乙醇溶液中室溫下浸泡24小時，用無水乙醇清洗，氮?dú)獯蹈?，即可得到超疏水薄膜，薄膜的接觸角可達(dá)到154°C。
[0025]本實施例的鋁表面Al2O3超疏水薄膜的摩擦磨損實驗數(shù)據(jù)如圖2所示。
[0026]將水及鹽溶液滴到本實施例制備得到的超疏水表面上進(jìn)行接觸角測定，接觸角均超過150度，滾動角小于10度。說明本實施例所制備的超疏水薄膜對高濕度環(huán)境下的水汽不潤濕，對冷凝形成的液滴具有極小的粘附力，可輕易掉落，能在一定程度上防結(jié)冰，并且液滴滑落可以帶走灰塵雜質(zhì) ，使得薄膜有自清潔作用。
[0027]在下列實驗條件下:室溫20°C左右，相對濕度保持在40%_50%，載荷0.5~IN，往復(fù)行程6mm，往復(fù)頻率2Hz，對偶直徑為4mm的軸承鋼球(GCrl5)。實驗發(fā)現(xiàn)本實施例制得的超疏水薄膜具備優(yōu)異的減摩耐磨特性，可以極大改善鋁基材的摩擦學(xué)性能。
[0028]實施例3
本實例的鋁表面具有優(yōu)異減摩耐磨性能TiO2超疏水薄膜的制備方法，包括以下步驟:第一步，預(yù)處理:先后用丙酮、無水乙醇(分析純)清洗樣品表面，以除去試樣表面的油脂等雜物，然后用氮?dú)獯蹈蓚溆?；采用常用的溶膠凝膠法在鋼表面涂覆Ti02溶膠，480° C煅燒90min便可得到TiO2薄膜。
[0029]第二步，水合肼處理:將上述處理好的試樣在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%的水合肼水溶液中室溫下浸泡24小時，無水乙醇清洗干凈，氮?dú)獯蹈蓚溆谩?br> [0030]第三步，表面改性:將上述處理好的試樣在摩爾濃度為0.01mol/L的硬脂酸-乙醇溶液中室溫下浸泡24小時，用無水乙醇清洗，氮?dú)獯蹈?，即可得到超疏水疏水薄膜，薄膜的接觸角達(dá)到150°C。
[0031]本實施例的鋁表面TiO2超疏水薄膜的摩擦磨損實驗數(shù)據(jù)如圖3所示。
[0032]將水及鹽溶液滴到本實施例制備得到的超疏水表面上進(jìn)行接觸角測定，接觸角均超過150度，滾動角小于10度。說明本實施例所制備的超疏水薄膜對高濕度環(huán)境下的水汽不潤濕，對冷凝形成的液滴具有極小的粘附力，可輕易掉落，能在一定程度上防結(jié)冰，并且液滴滑落可以帶走灰塵雜質(zhì)，使得薄膜有自清潔作用。
[0033]在下列實驗條件下:室溫20°C左右，相對濕度保持在40%_50%，載荷0.5~IN，往復(fù)行程6mm，往復(fù)頻率2Hz，對偶直徑為4mm的軸承鋼球(GCrl5)。實驗發(fā)現(xiàn)本實施例制得的超疏水薄膜具備優(yōu)異的減摩耐磨特性，可以極大改善鋁基材的摩擦學(xué)性能。[0034]以上所述，僅是對本發(fā)明的較佳實施例而已，并非是對本發(fā)明做其他形式的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或改型為等同變化的等效實施例。但是，凡是未脫離 本發(fā)明方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.基于水合肼處理構(gòu)筑減摩耐磨性能超疏水薄膜制備方法，其特征在于:該方法依次包括以下步驟: 第一步，預(yù)處理:先后用丙酮、無水乙醇清洗鋁或鋼表面，采用常規(guī)溶膠凝膠技術(shù)在鋁或鋼表面涂覆Al2O3或TiO2溶膠，熱處理得到Al2O3或TiO2薄膜后備用； 第二步，水合肼處理:在水合肼水溶液中恒溫浸泡6~72小時，清洗，干燥； 第三步，表面改性:在脂肪酸乙醇溶液恒溫浸泡8~24小時，取出后用無水乙醇清洗，氮?dú)獯蹈?，即可得到超疏水薄膜?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于水合肼處理構(gòu)筑減摩耐磨性能超疏水薄膜制備方法，其特征在于:第二步，水合肼處理中，所述水合肼水溶液的濃度為10-50%，恒溫溫度為20^30 0C o
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于水合肼處理構(gòu)筑減摩耐磨性能超疏水薄膜制備方法，其特征在于:第三步，表面 改性中，所述脂肪酸乙醇溶液的濃度為0.001-0.01mol/L，恒溫溫度為 2(T60°C。
【文檔編號】C23C26/00GK103789763SQ201410030296
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月23日
【發(fā)明者】萬勇, 張泉, 李揚(yáng), 屠婷婷 申請人:青島理工大學(xué)