本發(fā)明涉及一種改變金屬鎳表面潤濕性能的方法，具體涉及的是一種氫氟酸刻蝕改變金屬鎳表面潤濕性能的方法。

背景技術(shù)：

材料表面的濕潤性，是材料的固有性質(zhì)之一。所謂濕潤就是在固體的表面存在少許液體時(shí)，新產(chǎn)生的固–液界面取代了之前的氣–固界面的現(xiàn)象。表面的潤濕性一般分為兩種：親水性和疏水性。親水性是指材料對(duì)水具有親合力，一般的無機(jī)固體、金屬及其氧化物等，其表面張力都較大，常稱為高能固體表面，易被液體潤濕，具有顯著的親水性。疏水性是指材料對(duì)水具有排斥作用，一般具有低表面能的物質(zhì)，例如氟化物等，都具有顯著的疏水性；疏水甚至超疏水表面，由于其在表面自清潔、抗腐蝕、流動(dòng)減阻及微流體無損輸送等方面的潛在應(yīng)用價(jià)值而備受關(guān)注。

材料表面疏水改性，一般都采用兩種途徑：1)采用低表面能物質(zhì)修飾表面，在金屬表面形成一個(gè)疏水涂層，通常采用一些低表面能或含有疏水基團(tuán)的有機(jī)分子、高聚物等；2)改變表面的微觀結(jié)構(gòu)，提高表面粗糙度，從而提高表面的疏水性；當(dāng)然，某些條件下，也有將上述兩種方法結(jié)合起來提高材料的疏水性。

在金屬材料表面潤濕性研究中，不經(jīng)低表面能修飾就制備出疏水表面對(duì)于金屬的應(yīng)用有著重要意義；因?yàn)?，在某些條件下，并不希望引入有機(jī)物，而且某些有機(jī)物也會(huì)帶來環(huán)境污染，例如，含氟類物質(zhì)。這就要求只能通過對(duì)金屬表面結(jié)構(gòu)改性，改變其表面微觀形貌，提高表面粗糙度，使其表面呈現(xiàn)多尺度微觀結(jié)構(gòu)，由其表面形態(tài)、特殊結(jié)構(gòu)的相互耦合作用實(shí)現(xiàn)表面的疏水性。如何在金屬基體上制備無修飾層疏水表面一直是疏水性能研究中的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

金屬鎳具有良好的機(jī)械強(qiáng)度和較高的化學(xué)穩(wěn)定性，且鎳在空氣中不易被氧化，對(duì)酸和堿的抗蝕能力很強(qiáng)，通常有機(jī)酸、鹽酸、氫氟酸和堿性溶液對(duì)鎳的浸蝕極慢?；谶@些優(yōu)異的性能，金屬鎳被廣泛用于航空、軍事、特殊合金、催化劑等領(lǐng)域，但同樣的，金屬鎳也是一種親水材料。針對(duì)鎳的疏水改性鮮有報(bào)道，目前的相關(guān)報(bào)道主要有：苗發(fā)宏等采用低溫水熱反應(yīng)和硬脂酸表面修飾法，在玻璃基片上制備出具有花狀微球結(jié)構(gòu)的氫氧化鎳超疏水涂層；并以氫氧化鎳涂層為前驅(qū)體，經(jīng)過400℃熱處理和硬脂酸表面修飾，得到了氧化鎳超疏水涂層；田菲菲等利用電鍍、化學(xué)鍍結(jié)合的方法在純銅基體表面制備了鎳的納米結(jié)構(gòu)，獲得了超疏水表面。但是這些方案基本上都需要額外引入低表面能物質(zhì)來提高基體的疏水性能；而不能在不改變基體表面化學(xué)組成的情況下，直接提高金屬鎳表面的疏水性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種氫氟酸刻蝕改變金屬鎳表面潤濕性能的方法，適合用于提高金屬鎳表面疏水性能。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種氫氟酸刻蝕改變金屬鎳表面潤濕性能的方法，包括以下步驟：

(1)采用超聲清洗方式對(duì)金屬鎳表面進(jìn)行清洗，將金屬鎳片表面的油污及吸附的雜質(zhì)去除，具體清洗過程為：

(a)利用無水乙醇對(duì)金屬鎳片表面超聲清洗10min以上；

(b)取出金屬鎳片，并用無水以純沖洗三遍，然后將金屬鎳片浸泡在30℃、1m的naoh溶液中，浸泡時(shí)間為30min以上；

(c)將金屬鎳片在30℃、1m的naoh溶液中超聲30min以上；

(d)將金屬鎳片取出，分別用丙酮和無水乙醇各自超聲清洗20min；

(e)取出金屬鎳片，用無水乙醇沖洗三遍，然后于溫室條件下進(jìn)行風(fēng)干；

(2)將金屬鎳片置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于或等于40％的氫氟酸溶液中，然后于30℃以上的水浴中進(jìn)行化學(xué)刻蝕，刻蝕時(shí)間為7～28h，并且在刻蝕過程中，每隔1h翻轉(zhuǎn)一次金屬鎳片表面；

(3)將刻蝕后的金屬鎳片取出并沖洗烘干，獲得改變濕潤性能后的金屬鎳片。

具體地說，所述步驟(3)包括以下步驟：

(3a)取出金屬鎳片，并用去離子水沖洗；

(3b)沖洗后置于無水以純中，并于30℃條件下超聲清洗10min，再用無水乙醇沖洗三遍；

(3c)沖洗后置于去離子水中，并于30℃條件下超聲清洗10min，再用去離子水沖洗三遍；

(3d)將沖洗后的金屬鎳片置于40℃的加熱板上緩慢烘干，且烘干過程中每5min翻轉(zhuǎn)一次金屬鎳片表面，烘干時(shí)間為30min。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明工藝簡單、操作便捷、對(duì)原料和設(shè)備要求低，其通過采用簡單的氫氟酸化學(xué)刻蝕工藝，將金屬鎳與氫氟酸溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在金屬表面形成特殊的結(jié)構(gòu)和形貌，提高表面粗糙度，從而有效增強(qiáng)了金屬鎳表面的疏水性。本發(fā)明由于不需要對(duì)金屬鎳表面進(jìn)行修飾，因而生成的疏水表面也不會(huì)改變金屬鎳自身化學(xué)成分和化學(xué)性質(zhì)，不影響其后續(xù)使用。

(2)本發(fā)明對(duì)金屬鎳表面進(jìn)行清洗分為兩步，第一步堿洗可以將加工過程中產(chǎn)生的油污、表面吸附質(zhì)去除掉，第二步直接通過酸刻蝕，可以將金屬鎳片表面生成的氧化層去除，不需要額外設(shè)法去除其表面的氧化層，節(jié)約了時(shí)間和成本。并且，在氫氟酸刻蝕過程中，生成的產(chǎn)物h2和ni²⁺、f^-對(duì)環(huán)境的影響不大，不會(huì)帶來嚴(yán)重的污染；同時(shí)，在刻蝕過程中，通過翻面，可使鎳片兩面都與氫氟酸反應(yīng)，從而使鎳片兩面的潤濕性接近，不至于差距太大，影響后續(xù)使用。

(3)本發(fā)明性價(jià)比高、實(shí)用性強(qiáng)、重復(fù)性和選擇性好，非常具有應(yīng)用前景，適于在航空、軍事、特殊合金、催化劑等領(lǐng)域中推廣應(yīng)用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。

圖2為金屬鎳片堿洗后的靜態(tài)接觸角測(cè)量圖。

圖3為30℃氫氟酸溶液刻蝕7h的靜態(tài)接觸角測(cè)量圖。

圖4為30℃氫氟酸溶液刻蝕14h的靜態(tài)接觸角測(cè)量圖。

圖5為30℃氫氟酸溶液刻蝕28h的靜態(tài)接觸角測(cè)量圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖說明和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，本發(fā)明的方式包括但不僅限于以下實(shí)施例。

實(shí)施例

如圖1所示，本發(fā)明提供了一種改變金屬鎳表面潤濕性能的方法，其主要采用了氫氟酸刻蝕的方式，結(jié)合清洗工藝，改變金屬鎳表面的濕潤性能，提高其疏水性。本發(fā)明主要流程如下：

(1)采用超聲清洗方式對(duì)金屬鎳表面進(jìn)行清洗，將金屬鎳片表面的油污及吸附的雜質(zhì)去除，具體清洗過程為：

(a)利用無水乙醇對(duì)金屬鎳片表面超聲清洗10min以上；

(b)取出金屬鎳片，并用無水乙醇沖洗三遍，然后將金屬鎳片浸泡在30℃、1m的naoh溶液中，浸泡時(shí)間為30min以上；

(c)將金屬鎳片在30℃、1m的naoh溶液中超聲30min以上；

(d)將金屬鎳片取出，分別用丙酮和無水乙醇各自超聲清洗20min；

(e)取出金屬鎳片，用無水乙醇沖洗三遍，然后于室溫條件下進(jìn)行風(fēng)干；

(2)將金屬鎳片置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于或等于40％的氫氟酸溶液中，然后于30℃以上的水浴中進(jìn)行化學(xué)刻蝕，刻蝕時(shí)間為7～28h，并且在刻蝕過程中，每隔1h翻轉(zhuǎn)一次金屬鎳片表面；

(3)取出金屬鎳片，并用去離子水沖洗；

(4)沖洗后置于無水乙醇中，并于30℃條件下超聲清洗10min，再用無水乙醇沖洗三遍；

(5)沖洗后置于去離子水中，并于30℃條件下超聲清洗10min，再用去離子水沖洗三遍；

(6)將沖洗后的金屬鎳片置于40℃的加熱板上緩慢烘干，且烘干過程中每5min翻轉(zhuǎn)一次金屬鎳片表面，烘干時(shí)間為30min。

下面以兩個(gè)試驗(yàn)案例對(duì)本發(fā)明技術(shù)效果進(jìn)行闡述。試驗(yàn)案例選用純度為99.99％的高純鎳片，尺寸為10mm×10mm×1mm。

案例1

金屬鎳表面清洗：首先將金屬鎳片置于含有15ml無水乙醇的燒杯中，超聲清洗10min，取出用無水乙醇反復(fù)沖洗3遍；再將金屬鎳片置于20ml、1m的naoh溶液中，在30℃的水浴中浸泡30min，接著在30℃超聲30min；然后將金屬鎳片取出置于10ml的丙酮溶液中，在30℃超聲清洗20min；隨后又將金屬鎳片置于15ml的無水乙醇溶液中，在30℃超聲清洗20min；最后將金屬鎳片取出，用無水乙醇反復(fù)沖洗3遍。

金屬鎳刻蝕：將表面清洗后的金屬鎳片放入盛有hf酸(含量≥40％)溶液的聚四氟乙烯燒杯中，將燒杯置于30℃的水浴中，在刻蝕過程中，每小時(shí)翻轉(zhuǎn)一下鎳片表面。

金屬鎳清洗烘干：將30℃刻蝕7h后的金屬鎳片從氫氟酸溶液中取出，先用去離子水沖洗3遍；再置于含有15ml無水乙醇的聚四氟乙烯燒杯中，30℃超聲清洗10min，用無水乙醇沖洗3遍；接著置于含有15ml去離子水的玻璃燒杯中，30℃超聲清洗10min，用水離子水沖洗3遍；最后置于40℃的加熱板上緩慢烘干，烘干過程中每5min翻一次面，30min后烘干結(jié)束。

將烘干后的金屬鎳片，置于jy-82視頻接觸角測(cè)量儀(承德鼎盛試驗(yàn)機(jī)檢測(cè)設(shè)備有限公司)的樣品臺(tái)上，測(cè)量金屬鎳表面的靜態(tài)接觸角，圖2為金屬鎳片堿洗后的靜態(tài)接觸角測(cè)量圖。接觸角測(cè)試使用的液體是去離子水，樣品的每一面分別測(cè)試3～5個(gè)點(diǎn)，測(cè)試中每個(gè)液滴體積在5～10μl，部分測(cè)試結(jié)果如圖3中所示。每一個(gè)測(cè)試點(diǎn)，通過三次測(cè)算取平均值，其接觸角數(shù)值分別為105.72°、110.09°和108.73°。由此可見，經(jīng)過氫氟酸化學(xué)刻蝕后，金屬鎳表面呈現(xiàn)出疏水性。

案例2

將在30℃、hf酸(含量≥40％)溶液中刻蝕14h后的金屬鎳片取出，清洗烘干后置于jy-82視頻接觸角測(cè)量儀的樣品臺(tái)上，測(cè)量金屬鎳表面的靜態(tài)接觸角。接觸角測(cè)試使用的液體是去離子水，樣品的每一面分別測(cè)試3個(gè)點(diǎn)，測(cè)試中每個(gè)液滴體積在5～10μl，部分測(cè)試結(jié)果如圖4中所示。每一個(gè)測(cè)試點(diǎn)，通過三次測(cè)算取平均值，其接觸角數(shù)值分別為123.22°、129.19°和128.24°。由此可見，經(jīng)過氫氟酸化學(xué)刻蝕后，金屬鎳表面具有明顯的疏水性。

案例3

將在30℃、hf酸(含量≥40％)溶液中刻蝕28h后的金屬鎳片取出，清洗烘干后置于jy-82視頻接觸角測(cè)量儀的樣品臺(tái)上，測(cè)量金屬鎳表面的靜態(tài)接觸角。接觸角測(cè)試使用的液體是去離子水，樣品的每一面分別測(cè)試3個(gè)點(diǎn)，測(cè)試中每個(gè)液滴體積在5～10μl，部分測(cè)試結(jié)果如圖5中所示。每一個(gè)測(cè)試點(diǎn)，通過三次測(cè)算取平均值，其接觸角數(shù)值分別為136.22°、138.03°和137.05°。由此可見，經(jīng)過氫氟酸化學(xué)刻蝕后，金屬鎳表面具有明顯的疏水性。

本發(fā)明通過氫氟酸溶液來對(duì)金屬鎳表面進(jìn)行刻蝕處理，在金屬鎳表面形成粗糙的微觀結(jié)構(gòu)，從而僅通過提高表面粗糙度的方式來改變金屬鎳的潤濕性能，使金屬鎳表面的疏水性得到提高，如此一來，即可有效延長金屬鎳在潮濕或含有水蒸氣條件下的使用壽命，拓寬鎳的應(yīng)用范圍。

上述實(shí)施例僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式之一，不應(yīng)當(dāng)用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的主體設(shè)計(jì)思想和精神上作出的毫無實(shí)質(zhì)意義的改動(dòng)或潤色，其所解決的技術(shù)問題仍然與本發(fā)明一致的，均應(yīng)當(dāng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。