一種鋁及鋁合金超疏水表面的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鋁及鋁合金超疏水表面的制備方法，屬于金屬表面處理領(lǐng)域。本發(fā)明所述方法是通過一步化學(xué)沉積與修飾的制備工藝在鋁或鋁合金表面構(gòu)造出低表面能枝晶狀微納復(fù)合結(jié)構(gòu)的超疏水表面，與普通的分步法（如化學(xué)沉積或化學(xué)刻蝕等，再修飾）相比，該方法所用時(shí)間短，制備效率高，無污染，條件設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低廉，利于規(guī)?；a(chǎn)。
【專利說明】
一種鋁及鋁合金超疏水表面的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種鋁及鋁合金超疏水表面的制備方法，屬于金屬表面處理領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]鋁及其合金具有密度小，強(qiáng)度高，導(dǎo)電導(dǎo)熱性好等特點(diǎn)，其在建筑、交通、航空、機(jī)械制造和家電等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。例如:空調(diào)的室內(nèi)蒸發(fā)器和室外冷凝器的散熱片以及其部分導(dǎo)管為鋁基材料，高壓輸電線纜為鋁絞線，一部分航空發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片為鋁合金。這些場(chǎng)合使用的鋁或鋁合金在冬季極易出現(xiàn)冷凝水或結(jié)冰、結(jié)霜，輕者造成室內(nèi)停電、空調(diào)漏水、制冷和制熱失效等，重者會(huì)引起輸電線路倒桿、倒塔及墜機(jī)等事故。研究表明超疏水表面處理不但可以改善鋁或鋁合金的防結(jié)冰性能，同時(shí)還使其具有防污自潔、防腐蝕，降阻等功能。
[0003]超疏水表面是水接觸角大于150°且滾動(dòng)角小于10°的表面。研究認(rèn)為超疏水表面的構(gòu)建必須滿足兩個(gè)條件:表面必須具有微納粗糙結(jié)構(gòu)和該材料具有極低的表面自由能。對(duì)金屬尤其是鋁基材料而言，其表面活性高、表面能大，一般先需要通過化學(xué)或物理的方法使表面粗糙化再用低表面能物質(zhì)對(duì)已有的粗糙結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾以獲得超疏水特性。專利CN101007304公開了利用兩步法先將鋁及鋁合金置于含有硝酸和金屬鹽(銅鹽或鎳鹽)溶液中腐蝕0.5-20 min后，再經(jīng)硅烷浸泡修飾(12-14 h)可獲得最大接觸角為165°的超疏水表面，但是這種化學(xué)腐蝕加浸泡修飾的方法整個(gè)的制備時(shí)間過長(zhǎng)，制備效率相對(duì)低，混合液中的硝酸具有較強(qiáng)的腐蝕性。專利CN104911599A公開了一種利用激光刻蝕加高溫氧化(100-2502-8 h)的方法制備鋁合金超疏水表面，但是這種方法，僅適用于規(guī)整的鋁合金板材，同時(shí)所用的設(shè)備條件及成本高，制備時(shí)間長(zhǎng)，不利于規(guī)?；楹?jiǎn)化超疏水表面的制備工藝，使鋁合金表面粗糙化和低表面能化的過程同步進(jìn)行，專利CN2012101423432公開了鋁合金超疏水表面一步浸泡處理的方法即將鋁合金浸于溶有鹽酸、硬脂酸及乙醇的混合溶液中(溫度30-70°C，浸泡時(shí)間5-25 min)，取出后置于箱式電爐固化(溫度50-90°C，時(shí)間30-90min)獲得超疏水表面，雖然制備工藝得以簡(jiǎn)化，但是該一步浸泡獲得超疏水表面的制備工藝條件相對(duì)高，整體的制備周期較長(zhǎng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種鋁及鋁合金超疏水表面的制備方法，具體包括以下步驟:
(I)混合溶液的配制:將CuCl2溶于水和無水乙醇的混合溶劑中得到混合溶液A，混合溶液A中CuCl2的濃度為0.2-0.25 mol/L，然后將正十二硫醇逐滴滴入到混合溶液A中并充分混合得到混合溶液B，正十二硫醇的加入量為混合溶液A體積的0.8?1.2%。
[0005](2)前處理:去除鋁或鋁合金表面的油污及氧化層。
[0006](3)—步快速化學(xué)沉積與修飾:將前處理的招或招合金置于混合溶液B中5-10s后取出，浸于無水乙醇后取出快速吹干。
[0007]優(yōu)選的，本發(fā)明所述混合溶劑中去離子水與無水乙醇的體積比為1:2。
[0008]優(yōu)選的，本發(fā)明所述步驟(2)中采用砂紙去除低碳鋼表面氧化層及油污，并在丙酮和乙醇中超聲清洗吹干。
[0009]本發(fā)明提供的技術(shù)方法具有如下優(yōu)點(diǎn):
(I)本發(fā)明采用了成本低廉，無毒無污染的氯化銅，正十二硫醇，乙醇及水的混合溶液，通過一步快速化學(xué)沉積與修飾的制備工藝，使鋁或鋁合金表面微納粗糙結(jié)構(gòu)的構(gòu)造及其低表面能的化學(xué)修飾同時(shí)進(jìn)行，這樣極大地簡(jiǎn)化了鋁基超疏水表面的制備工藝，該制備過程最短只需要5秒;總體而言，這種制備工藝所用時(shí)間短，制備效率極高，無毒無污染，條件設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低廉，利于規(guī)?；a(chǎn)。
[0010](2)本發(fā)明所述方法可在大小不同、形狀各異的鋁或鋁合金表面制備出具有防污自潔和減阻等優(yōu)異性能的超疏水表面，并且通過工藝優(yōu)化可制備出在與水接觸角為156°、滾動(dòng)角為2°時(shí)，超疏水鋁或鋁合金，其防污自潔和減阻性能表現(xiàn)最好。
【附圖說明】
[0011]圖1為實(shí)施例1制備得到的鋁合金超疏水表面與水的接觸角光學(xué)圖。
[0012]圖2為實(shí)施例2制備得到的鋁合金超疏水表面與水的接觸角光學(xué)圖。
[0013]圖3為實(shí)施例3制備得到的金屬鋁超疏水表面與水的接觸角光學(xué)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于所述內(nèi)容。
[0015]實(shí)施例1
本實(shí)施例提供一種鋁合金超疏水表面的制備方法，具體包括以下步驟:
(I)混合溶液的配制:將CuCl2溶于水和無水乙醇(水與無水乙醇體積比1: 2)的混合溶劑中得到混合溶液A，混合溶液A中CuCl2的濃度為0.2mol/L，然后將0.6ml的正十二硫醇逐滴滴入到60ml混合溶液A中并充分混合得到混合溶液B，正十二硫醇的加入量為混合溶液A體積的1%。
[0016](2)前處理:用600#SiC砂紙去除鋁合金(牌號(hào)6061)表面氧化層及油污后，依次置于99%丙酮和99%乙醇中超聲1分鐘取出快速吹干。
[0017](3)—步快速化學(xué)沉積與修飾:將處理的鋁合金置于混合溶液中1s后取出，浸于無水乙醇中后取出快速吹干，從而獲得具有優(yōu)異的防污自潔和減阻性能的鋁合金超疏水表面，其滾動(dòng)角為156°，接觸角為2° (如圖1)。
[0018]實(shí)施例2
本實(shí)施例提供一種鋁合金超疏水表面的制備方法，具體包括以下步驟:
(I)混合溶液的配制:CuCl2溶于水和無水乙醇的混合溶劑(水與無水乙醇體積比1:2)中得到混合溶液A，混合溶液A中CuCl2的濃度為0.25 mol/L，然后將0.48ml正十二硫醇逐滴滴入到60ml混合溶液A中并充分混合得到混合溶液B，正十二硫醇的加入量為混合溶液A體積的0.8%。
[0019](2)前處理:用600#SiC砂紙去除鋁合金(牌號(hào)6061)表面氧化層及油污后，依次置于99%丙酮和99%乙醇中超聲5分鐘取出快速吹干。
[0020](3)快速化學(xué)沉積與修飾:將前處理的鋁合金置于混合溶液中5 s后取出，浸于無水乙醇中后取出快速吹干，從而獲得具有優(yōu)異的防污自潔和減阻性能的鋁合金超疏水表面，其滾動(dòng)角為152°，接觸角為3° (如圖2)。
[0021]實(shí)施例3
本實(shí)施例提供一種金屬鋁超疏水表面的制備方法，具體包括以下步驟:
(I)混合溶液的配制:CuCl2溶于水和無水乙醇(水與無水乙醇體積比1: 2)的混合溶劑中得到混合溶液A，混合溶液A中CuCl2的濃度為0.23 mol/L，然后將0.72ml正十二硫醇逐滴滴入到60ml混合溶液A中并充分混合得到混合溶液B，正十二硫醇的加入量為混合溶液A體積的1.2%。
[0022](2)前處理:用800#SiC砂紙去除純鋁片表面氧化層及油污后，依次置于99%丙酮和99%乙醇中超聲1分鐘取出快速吹干。
[0023](3)—步快速化學(xué)沉積與修飾:將處理的鋁片置于混合溶液中5 s后取出，浸于無水乙醇中后取出快速吹干，從而獲得具有優(yōu)異的防污自潔和減阻性能的鋁合金超疏水表面，其滾動(dòng)角為154°，接觸角為2° (如圖3)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鋁及鋁合金超疏水表面的制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟: (1)混合溶液的配制:將CuCl2溶于水和無水乙醇的混合溶劑中得到混合溶液A，混合溶液A中CuCl2的濃度為0.2?0.25 mol/L，然后將正十二硫醇逐滴滴入到混合溶液A中并充分混合得到混合溶液B，正十二硫醇的加入量為混合溶液A體積的0.8-1.2%; (2)前處理:去除鋁或鋁合金表面的油污及氧化層； (3)—步快速化學(xué)沉積與修飾:將前處理的鋁或鋁合金置于混合溶液B中5-lOs后取出，浸于無水乙醇后取出快速吹干。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述鋁及鋁合金超疏水表面的制備方法，其特征在于:混合溶劑中去離子水與無水乙醇的體積比為1:2。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述鋁及鋁合金超疏水表面的制備方法，其特征在于:步驟(2)中采用砂紙去除低碳鋼表面氧化層及油污，并在丙酮和乙醇中超聲清洗吹干。
【文檔編號(hào)】C23C18/38GK106086835SQ201610596941
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年7月27日 公開號(hào)201610596941.5, CN 106086835 A, CN 106086835A, CN 201610596941, CN-A-106086835, CN106086835 A, CN106086835A, CN201610596941, CN201610596941.5
【發(fā)明人】朱艷, 王力, 黎振華, 賀胤
【申請(qǐng)人】昆明理工大學(xué)