本申請(qǐng)涉及金屬防護(hù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于微納結(jié)構(gòu)的金屬防護(hù)體系。
背景技術(shù)：
：在生產(chǎn)生活中，日常接觸的金屬，除了少量惰性金屬外，大多數(shù)金屬及其合金在自然環(huán)境下都會(huì)面臨腐蝕的難題。金屬的腐蝕造成了資源和能源的嚴(yán)重浪費(fèi)，嚴(yán)重者，金屬腐蝕還會(huì)威脅到人們的生命安全，在金屬被腐蝕后，在外形、色澤、及機(jī)械性能方面會(huì)發(fā)生下降，從而容易造成設(shè)備破壞、管道泄漏、產(chǎn)品污染等事故，因此，如何減緩或防止金屬的腐蝕，意義重大。對(duì)于金屬腐蝕的防護(hù)方法，常見(jiàn)的有元素?fù)诫s法、電化學(xué)法、涂層法等；涂層法是通過(guò)刷涂、噴涂等物理方法，在金屬表面形成一層防護(hù)層，用來(lái)隔開(kāi)腐蝕性介質(zhì)和金屬基底，從而達(dá)到防護(hù)目的，這種方法制備過(guò)程簡(jiǎn)單、原料成本低、耐腐蝕性好，是一種應(yīng)用較廣泛的金屬腐蝕防護(hù)方法，涂層防腐蝕應(yīng)用是最廣泛的防腐手段之一。對(duì)金屬采用涂層法進(jìn)行防護(hù)，涂層能夠作為物理屏障，來(lái)阻擋或減緩水、氧氣以及腐蝕性離子滲透到金屬表面，一般來(lái)說(shuō)，涂層包括預(yù)處理層和表面涂層，位于金屬涂層體系中間的預(yù)處理層，其作用在于與金屬基底進(jìn)行良好的結(jié)合，防止涂層起泡、剝離或脫落，對(duì)整個(gè)涂層體系的結(jié)合力好壞，起著至關(guān)重要的作用；此外，由于金屬涂層固有的孔隙率和涂層破損后導(dǎo)致局部腐蝕速度加快也是影響涂層防腐能力的焦點(diǎn)問(wèn)題之一。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)上述提出的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，本申請(qǐng)將金屬涂層與微納結(jié)構(gòu)結(jié)合，提出了一種基于微納結(jié)構(gòu)的金屬防護(hù)體系，該金屬防護(hù)體系基于微納結(jié)構(gòu)構(gòu)造了一種具有超疏水性的中間層，其與基底結(jié)合力好，并且有效減小了涂層中固有的孔隙率。本發(fā)明的實(shí)施例中提供了一種基于微納結(jié)構(gòu)的金屬防護(hù)體系，該金屬防護(hù)體系包括金屬基底、設(shè)于金屬基底上的微納結(jié)構(gòu)層和涂于該微納結(jié)構(gòu)層上的表面涂層；該微納結(jié)構(gòu)層包括鎢膜陣列和納米二氧化鈦薄膜，鎢膜陣列為通過(guò)紫外光刻結(jié)合磁控濺射法制備，由微米尺度的點(diǎn)陣構(gòu)成，納米二氧化鈦薄膜通過(guò)電沉積法制備，并將鎢膜陣列包覆，該納米二氧化鈦薄膜也表現(xiàn)為一種微米尺度的凸起陣列；該表面涂層為一種低表面能物質(zhì)。本發(fā)明的實(shí)施例提供的技術(shù)方案可以包括以下有益效果：本發(fā)明的金屬防護(hù)體系包括金屬基底、微納結(jié)構(gòu)層和表面涂層，該微納結(jié)構(gòu)層由鎢膜陣列和納米二氧化鈦薄膜構(gòu)成，表現(xiàn)為一種超疏水結(jié)構(gòu)，具有良好的耐腐蝕性能，此外，鎢膜陣列和納米二氧化鈦與金屬基底結(jié)合力強(qiáng)，鎢膜陣列與納米二氧化鈦薄膜之間通過(guò)氧化鎢納米線增強(qiáng)結(jié)合力，使得該防護(hù)體系不易脫落，減小了納米二氧化鈦薄膜中的孔隙率，防護(hù)能力強(qiáng)。本申請(qǐng)附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本申請(qǐng)的實(shí)踐了解到。應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細(xì)節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本申請(qǐng)。附圖說(shuō)明利用附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但附圖中的實(shí)施例不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限制，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)以下附圖獲得其它的附圖。圖1是本發(fā)明金屬防護(hù)體系中微納結(jié)構(gòu)層的制作步驟示意圖。具體實(shí)施方式這里將詳細(xì)地對(duì)示例性實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時(shí)，除非另有表示，不同附圖中的相同數(shù)字表示相同或相似的要素。以下示例性實(shí)施例中所描述的實(shí)施方式并不代表與本發(fā)明相一致的所有實(shí)施方式。相反，它們僅是與如所附權(quán)利要求書(shū)中所詳述的、本發(fā)明的一些方面相一致的裝置和方法的例子。本申請(qǐng)的實(shí)施例涉及一種基于微納結(jié)構(gòu)的金屬防護(hù)體系，該金屬防護(hù)體系包括金屬基底1、設(shè)于金屬基底1上的微納結(jié)構(gòu)層和涂于該微納結(jié)構(gòu)層上的表面涂層。該金屬基底1優(yōu)選為不銹鋼基底，在構(gòu)造上述金屬防護(hù)體系之前，首先需要對(duì)不銹鋼基地進(jìn)行處理。處理過(guò)程為：將不銹鋼基底經(jīng)過(guò)14號(hào)金相砂紙機(jī)械打磨后，然后放入80℃的除油液中除油5min，再在50℃下超聲20min，最后依次用丙酮、乙醇、去離子水清洗后，快速熱風(fēng)吹干，在干燥箱中放置20h。其中，上述除油液的組成為：碳酸鈉8g/l、硅酸鈉5g/l、多聚磷酸鈉8g/l，十二烷基磺酸鈉1g/l、烷基酚聚氧乙烯醚5ml/l。在上述金屬基底1處理過(guò)后，再在金屬基底1上制備微納結(jié)構(gòu)層。結(jié)合圖1，該微納結(jié)構(gòu)層包括依次在金屬基底表面設(shè)置的鎢膜陣列2和納米二氧化鈦薄膜3，納米二氧化鈦薄膜3設(shè)于鎢膜陣列2表面，具體如圖1中所示的該微納結(jié)構(gòu)層的形成過(guò)程。上述微納結(jié)構(gòu)層中，該鎢膜陣列2為一種微米尺度的陣列，通過(guò)紫外光刻法制備，利用該鎢膜陣列2在金屬基底1表面形成第一重微米尺度的粗糙結(jié)構(gòu)，然后在該鎢膜陣列2基礎(chǔ)上制備納米二氧化鈦薄膜3，并將鎢膜陣列2包覆。在一方面，該納米二氧化鈦薄膜3包覆在鎢膜陣列2表面，利用上述鎢膜陣列2的微米尺度，該納米二氧化鈦薄膜3也能夠表現(xiàn)為一種微米尺度的凸起陣列；然后在另一方面，該納米二氧化鈦薄膜3是利用電沉積法制備，該納米二氧化鈦薄膜3表面具有微納尺度的粗糙、多孔結(jié)構(gòu)；從而，結(jié)合納米二氧化鈦薄膜3的凸起陣列和及其表面的粗糙多孔結(jié)構(gòu)形成一種多維的超疏水結(jié)構(gòu)，該多維超疏水結(jié)構(gòu)是具有疏水性能的必要條件之一，其能夠隔絕水汽等與金屬基底的接觸，起到防護(hù)的作用。此外，在與金屬基底1的結(jié)合力方面：鎢膜陣列2為通過(guò)磁控濺射設(shè)備，其與金屬基底1結(jié)合緊密；納米二氧化鈦薄膜3為電沉積制備，其與金屬基底1或者鎢膜陣列2結(jié)合力強(qiáng)，不易脫落，其能隔絕氧氣、腐蝕性液體等與金屬基底的接觸，起到防護(hù)的作用。在優(yōu)選地實(shí)施方式中，該鎢膜陣列2中單個(gè)點(diǎn)陣的長(zhǎng)寬高尺度為30×15×1μm，每個(gè)點(diǎn)陣之間的上下、左右間隔分別為80μm、50μm。在優(yōu)選地實(shí)施方式中，該納米二氧化鈦薄膜3的厚度為5μm。在金屬基底1上制備微納結(jié)構(gòu)后，再在金屬基底1上制備表面涂層。該表面涂層設(shè)在納米二氧化鈦薄膜之上，為一種低表面能物質(zhì)，其與納米二氧化鈦薄膜的凸起陣列、粗糙多孔結(jié)構(gòu)一起構(gòu)成了超疏水的兩個(gè)必要條件——較高的表面粗糙度和低表面能物質(zhì)，從而構(gòu)筑了一種超疏水表面。在另一種優(yōu)選實(shí)施方式中，該鎢膜陣列2表面還生長(zhǎng)有氧化鎢納米線，該氧化鎢納米線的長(zhǎng)度為3～5μm。氧化鎢納米線具有優(yōu)良的半導(dǎo)體性能，一般應(yīng)用于場(chǎng)發(fā)射、氣體傳感器等領(lǐng)域，而本申請(qǐng)中，利用氧化鎢納米線與具有多孔結(jié)構(gòu)的納米二氧化鈦薄膜構(gòu)建了一種結(jié)合緊密的微納結(jié)構(gòu)層，降低了微納結(jié)構(gòu)層的孔隙率，大大提高了防腐蝕效果。在鎢膜陣列表面生長(zhǎng)有納米線后，再在此基礎(chǔ)上電沉積納米二氧化鈦薄膜，該納米二氧化鈦薄膜將納米線包覆，由于納米線比表面積較大，增大了與納米二氧化鈦薄膜的結(jié)合力，從而大大提高了納米二氧化鈦薄膜與金屬基底的結(jié)合力，使得該金屬防護(hù)體系不易脫落，結(jié)合力強(qiáng)。實(shí)施例1在該實(shí)施例中，本申請(qǐng)技術(shù)方案所述的金屬防護(hù)體系的制備過(guò)程為：步驟1，處理金屬基底：將金屬基底經(jīng)過(guò)14號(hào)金相砂紙機(jī)械打磨后，放入80℃的除油液中除油5min，再在50℃超聲20min，最后依次用丙酮、乙醇、去離子水清洗后，快速熱風(fēng)吹干，在干燥箱中放置20h，備用；步驟2，制備微納結(jié)構(gòu)層：1)沉積鎢膜陣列：在金屬基底表面涂覆一層光刻膠，烘干，經(jīng)過(guò)曝光、顯影，然后利用磁控濺射技術(shù)，在顯影后的光刻膠表面蒸鍍一層鎢膜，鎢膜厚度為1μm，然后利用丙酮將光刻膠洗掉，這樣在金屬基底表面形成了鎢膜陣列；2)配置二氧化鈦前驅(qū)體溶液：將12.5ml無(wú)水乙醇、0.5ml去離子水及0.25ml鹽酸混合，然后將混合液在攪拌的情況下緩慢加入到10ml鈦酸四丁酯與12.5ml無(wú)水乙醇的混合液中，攪拌30min，超聲15min，得到二氧化鈦前驅(qū)體溶液；3)制備納米二氧化鈦薄膜：將上述得到的二氧化鈦前驅(qū)體溶液加入到三電極槽中，將上述沉積有鎢膜陣列的金屬基底作為工作電極，ag/agcl作為參比電極，鉑作為對(duì)電極，控制電位在-1.3v，沉積時(shí)間為300s，用去離子水沖洗后50℃烘干，得到納米二氧化鈦薄膜；步驟3，制備表面涂層將上述得到的覆蓋有微納結(jié)構(gòu)層的金屬基底放入1ml的十七氟癸脂三甲基色氨酸硅烷的甲苯溶液(5v％)中，密封，在80℃烘箱中保溫5h，完成低表面能物質(zhì)的修飾。在本實(shí)施例中，該金屬基底經(jīng)過(guò)上述的微納結(jié)構(gòu)層制備后，顯示出微納尺度的多孔性質(zhì)，且，具有微米尺度的凸起陣列結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上涂覆有低表面能物質(zhì)，疏水性良好，致密性好。該金屬防護(hù)體系的防護(hù)性能通過(guò)疏水性和耐腐蝕性表現(xiàn)；對(duì)于疏水性，當(dāng)納米二氧化鈦薄膜沉積時(shí)間不同時(shí)，其表現(xiàn)為不同的接觸角，如下表：沉積時(shí)間/s接觸角/度012050143100148150151200154250157300159350159400159500158在沉積時(shí)間為300～400s時(shí)，其最大接觸角為159度，表現(xiàn)良好的疏水性，從而能夠有效隔絕水汽與金屬基底的接觸，并且還具有良好的自清潔性能。對(duì)于電化學(xué)測(cè)試，將該金屬基底放入氯化鈉溶液中，放置24h，其接觸角的相對(duì)變化小于10％，表現(xiàn)良好的防腐蝕性能，防護(hù)能力強(qiáng)。實(shí)施例2具體步驟如實(shí)施例1，區(qū)別在于，在沉積鎢膜陣列后、制備納米二氧化鈦薄膜之前，利用cvd方法在鎢膜陣列表面生長(zhǎng)氧化鎢納米線：生長(zhǎng)氧化鎢納米線的步驟為：將該金屬基底放入管式爐中，在2h內(nèi)升溫到800℃，升溫過(guò)程中，通入氬氣作為保護(hù)氣體，然后在800℃下保溫5h，在保溫過(guò)程中，通入氫氣作為還原氣體，然后將管式爐自然降溫，在鎢膜陣列表面生長(zhǎng)有氧化鎢納米線，該氧化鎢納米線長(zhǎng)度為3～5μm，直徑為200nm。該金屬基底經(jīng)過(guò)上述實(shí)施例的微納結(jié)構(gòu)層制備后，顯示出微納尺度的多孔性質(zhì)，且，具有微米尺度的凸起陣列結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上涂覆有低表面能物質(zhì)，疏水性良好，致密性好。該金屬防護(hù)體系的防護(hù)性能通過(guò)疏水性和耐腐蝕性表現(xiàn)；對(duì)于疏水性，當(dāng)納米二氧化鈦薄膜沉積時(shí)間不同時(shí)，其表現(xiàn)為不同的接觸角，如下表：沉積時(shí)間/s接觸角/度012050144100149150151200156250159300162350163400163500160在沉積時(shí)間為350～400s時(shí)，其最大接觸角為163度，表現(xiàn)良好的疏水性，相較實(shí)施例1，最大接觸角增大，從而能夠有效隔絕水汽與金屬基底的接觸，并且還具有良好的自清潔性能。對(duì)于電化學(xué)測(cè)試，將該金屬基底放入氯化鈉溶液中，放置24h，其接觸角的相對(duì)變化小于10％，表現(xiàn)良好的防腐蝕性能，防護(hù)能力強(qiáng)。以上所述僅為本發(fā)明的較佳方式，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)12