一、技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及表面工程領(lǐng)域，具體的說是一種鋁合金表面疏冰涂層及其制備方法。
二、
背景技術(shù)：
由于嚴(yán)寒天氣導(dǎo)致的結(jié)冰對于城市電纜、通訊塔基、飛行器機(jī)翼等的安全運(yùn)行產(chǎn)生了嚴(yán)重威脅，通常的解決方法是結(jié)冰后通過外部加熱或者物理敲打等方式讓結(jié)冰破裂后脫落，這種方法對于結(jié)冰時(shí)間長、冰層較厚、結(jié)冰面較廣時(shí)處理效率較低，因此，需要發(fā)展能疏冰的涂層，主動防覆冰，降低結(jié)冰所帶來的風(fēng)險(xiǎn)。
目前報(bào)道的疏冰涂層較多，如richardmenini等在鋁合金表面發(fā)展了一種al2o3/ptfe的疏冰涂層，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該涂層對水的接觸角為130～140°，對冰的剪切強(qiáng)度可降低至原來的2/5，具有很好的疏冰效果[meninir,farzanehm.elaborationofal2o3/ptfeicephobiccoatingsforprotectingaluminumsurfaces[j].surface&coatingstechnology,2009,203(14):1941-1946]。朱林采用低表面能的硅橡膠涂層為主體，用二甲基硅油改性，當(dāng)添加45％含量的甲基硅油時(shí)，表面覆冰的對拉強(qiáng)度從280kpa降低至25kpa[朱林，納米陣列超疏水特性及有機(jī)桂涂層疏冰性研究[d]，南京大學(xué)，2014]。從疏冰涂層的制備方法看，主要包括了化學(xué)刻蝕、陽極氧化、電紡法等，但是由于具體工藝的差別導(dǎo)致涂層的性能相差極大。此外，由于成本較高，制備難度較大等原因?qū)е率璞繉幽壳霸阡X合金表面工業(yè)化應(yīng)用還比較少，亟需發(fā)展一種成本低、制備難度小的鋁合金表面疏冰涂層及其制備方法。
三、
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，目的就是要提供一種鋁合金表面疏冰涂層及其制備方法。
本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
本發(fā)明一種鋁合金表面疏冰涂層，其特點(diǎn)在于：由以下質(zhì)量份成分組成：氫氧化鎳186-372份，氧化石墨烯0.012-0.5份，棕櫚酸25.6-76.8份；其中氫氧化鎳呈納米球結(jié)構(gòu)，氧化石墨烯呈片狀均勻鑲嵌在氫氧化鎳納米球之間，形成微納復(fù)合結(jié)構(gòu)，棕櫚酸覆蓋在微納復(fù)合結(jié)構(gòu)表面；所述的氧化石墨烯為片層直徑0.5-3μm，比表面積大于1000m2/g，氧含量30～40％的單層或雙層氧化石墨烯。
上述鋁合金表面疏冰涂層的制備方法，包括以下步驟：
(1)將鋁合金材料放在0.5-2mol/l稀鹽酸溶液中進(jìn)行浸泡5-10min，取出后用去離子水沖洗至表面呈中性，然后置于無水乙醇中超聲10-15min，取出后于40-60℃干燥；
(2)在0.02-0.04mol/lniso4溶液中，加入0.1-0.6mol/l稀hf溶液，使f和ni的原子比為1-2:1，然后加入氧化石墨烯至溶液中含量為0.01-0.5mg/l，攪拌均勻后，將步驟(1)處理后得到的鋁合金材料懸置于溶液中，向溶液中緩慢滴加濃氨水，調(diào)節(jié)溶液ph值至8-8.2，然后將體系在50-60℃保溫?cái)嚢璺磻?yīng)1-2h，升溫至70-80℃保溫?cái)嚢璺磻?yīng)2-3h，將鋁合金材料取出后，用去離子水沖洗至表面呈中性，置于真空干燥箱中40-60℃真空干燥；
(3)將上述涂層后樣品置于濃度為0.01-0.03mol/l棕櫚酸的乙醇溶液中進(jìn)行表面修飾處理，經(jīng)過3-5h后取出，室溫下風(fēng)干即得。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢體現(xiàn)在：
1)本發(fā)明的涂層疏冰效果好，與水的接觸角可達(dá)150°以上，可顯著降低冰在表面的剪切強(qiáng)度，可達(dá)涂層前的1/3以下，且結(jié)冰時(shí)間可顯著延長至涂層前的2倍以上。
2)本發(fā)明的涂層與鋁合金基體的結(jié)合力強(qiáng)、耐磨性強(qiáng)，對多次摩擦后表面仍然能保持良好的疏水疏冰性。
3)本發(fā)明的制備方法簡便，易于工業(yè)化生產(chǎn)，成本較低。本發(fā)明的方法由刻蝕、涂層、表面修飾等幾個基本的單元操作組成，易于實(shí)現(xiàn)。
四、具體實(shí)施例
以下實(shí)施例中所述的氧化石墨烯為片層直徑0.5-3μm，比表面積大于1000m2/g，氧含量30～40％的單層或雙層氧化石墨烯，所選用的鋁合金材料為7075鋁板，以下所述均為質(zhì)量份。
實(shí)施例1：
(1)將鋁合金材料放在0.5mol/l稀鹽酸溶液中進(jìn)行浸泡8min，取出后用去離子水沖洗至表面呈中性，然后置于無水乙醇中超聲12min，取出后于45℃干燥；
(2)在0.02mol/lniso4溶液中，加入0.2mol/l稀hf溶液，使f和ni的原子比為2:1，然后加入氧化石墨烯至溶液中含量為0.03mg/l，攪拌均勻后，將步驟(1)處理后得到的鋁合金材料懸置于溶液中，向溶液中緩慢滴加濃氨水，調(diào)節(jié)溶液ph值至8，然后將體系在53℃保溫?cái)嚢璺磻?yīng)1h，升溫至75℃保溫?cái)嚢璺磻?yīng)2.5h，將鋁合金材料取出后，用去離子水沖洗至表面呈中性，置于真空干燥箱中50℃真空干燥；
(3)將上述涂層后樣品置于濃度為0.01mol/l棕櫚酸的乙醇溶液中進(jìn)行表面修飾處理，經(jīng)過4.5h后取出，室溫下風(fēng)干即得。
實(shí)施例2：
(1)將鋁合金材料放在1mol/l稀鹽酸溶液中進(jìn)行浸泡6min，取出后用去離子水沖洗至表面呈中性，然后置于無水乙醇中超聲13min，取出后于60℃干燥；
(2)在0.04mol/lniso4溶液中，加入0.4mol/l稀hf溶液，使f和ni的原子比為2:1，然后加入氧化石墨烯至溶液中含量為0.4mg/l，攪拌均勻后，將步驟(1)處理后得到的鋁合金材料懸置于溶液中，向溶液中緩慢滴加濃氨水，調(diào)節(jié)溶液ph值至8.2，然后將體系在60℃保溫?cái)嚢璺磻?yīng)1h，升溫至80℃保溫?cái)嚢璺磻?yīng)2h，將鋁合金材料取出后，用去離子水沖洗至表面呈中性，置于真空干燥箱中50℃真空干燥；
(3)將上述涂層后樣品置于濃度為0.03mol/l棕櫚酸的乙醇溶液中進(jìn)行表面修飾處理，經(jīng)過3.5h后取出，室溫下風(fēng)干即得。
將上述實(shí)施例1、2所得鋁合金表面疏冰涂層測試后發(fā)現(xiàn)，與水的接觸角可達(dá)152°、158°，冰在表面的剪切強(qiáng)度分別降低至涂層前的1/4、1/5，結(jié)冰時(shí)間延長至涂層前的3倍、4倍。