專利名稱：一種高強鋁合金表面超疏水防護(hù)膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料表面處理領(lǐng)域，具體涉及ー種高強鋁合金表面超疏水防護(hù)膜的制備方法。
背景技術(shù)：
高強鋁合金是ー種高強度硬鋁，由于具有質(zhì)量輕、比強度高、比剛度高的優(yōu)點，在航空航天領(lǐng)域得到大量使用，常被用來制作各種高負(fù)荷的零件和構(gòu)件，如飛機上的骨架，蒙皮，隔框，翼肋，翼梁，鉚釘?shù)?。由于飛機在服役過程中必然面臨復(fù)雜、嚴(yán)酷的自然環(huán)境，腐蝕問題不容忽視。腐蝕不僅破壞高強鋁合金本身，而且對飛機結(jié)構(gòu)完整性構(gòu)成嚴(yán)重威脅，甚至 導(dǎo)致機毀人亡的重大事故。因此發(fā)展高強鋁合金的高效防護(hù)技術(shù)意義重大。金屬表面超疏水防護(hù)膜被認(rèn)為是最具潛力的高效防護(hù)技術(shù)之一，這是因為超疏水膜層可以降低金屬材料與水、溶液等介質(zhì)直接接觸的機會，對于膜層的防護(hù)性能具有較大促進(jìn)作用。目前，已經(jīng)發(fā)展了ー些針對普通鋁合金材料超疏水表面的制備方法，如通過噴砂處理、化學(xué)刻蝕等方法先構(gòu)筑粗糙表面進(jìn)而通過修飾低表面能物質(zhì)實現(xiàn)膜層超疏水功能。CN101007304公開的“鋁及鋁合金超疏水表面的制作方法”等文獻(xiàn)中已對鋁合金超疏水表面的構(gòu)筑方法進(jìn)行了較為詳細(xì)的綜述。但由于高強鋁合金如航空エ業(yè)應(yīng)用最為廣泛的2024鋁合金，其成分中含有較多的銅，在進(jìn)行時效處理時會在晶界析出Θ (CuAl2)相、S(CuMgAl2)相及少量MnAl6等第二相，使得晶界周圍形成貧Cu區(qū)，這種微觀組織的嚴(yán)重不均勻性使得難以沿用針對普通鋁合金材料的超疏水表面制備方法實現(xiàn)對高強鋁合金超疏水表面的成功構(gòu)筑，并且目前方法制備的超疏水膜層主要通過降低鋁合金與腐蝕介質(zhì)直接接觸的機會來發(fā)揮防護(hù)作用，但膜層本身的防護(hù)能力較為有限，從而難以產(chǎn)生優(yōu)良的防護(hù)效果。因此，發(fā)展針對高強鋁合金的超疏水防護(hù)膜制備技術(shù)非常必要和迫切。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)制備高強鋁合金表面超疏水防護(hù)膜存在的困難和問題，本發(fā)明的目的是提供ー種高強鋁合金表面超疏水防護(hù)膜的制備方法。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的ー種高強鋁合金表面超疏水防護(hù)膜的制備方法，其特征在于，包括水熱成膜和膜層疏水化處理2個步驟，具體如下
①水熱成膜將清潔的高強鋁合金工件浸沒于裝有稀土硝酸鹽水溶液的反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜密封后于12(Tl60°C的烘箱中保溫2飛小時，然后自然冷卻到室溫，取出エ件、吹干；所述稀土硝酸鹽水溶液的濃度為O. 0005、. 002mol/L ；
②膜層疏水化處理將步驟①水熱成膜后的高強鋁合金工件置于室溫下的疏水處理液中浸泡6 12小時，取出后于8(T90°C下烘干O. 5^1小吋，即得高強鋁合金表面超疏水防護(hù)膜；所述疏水處理液為由十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷與無水こ醇按照體積比I:8(Γ120，混合、磁力攪拌廣2小時后得到的溶液。進(jìn)ー步，所述稀土硝酸鹽水溶液為O. 00Γ0. 002 mol/L的硝酸鈰、硝酸釤、硝酸鑭或硝酸釹水溶液。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有下述優(yōu)點
I、本發(fā)明利用稀土氧化膜無毒、無污染的特點及其對高強鋁合金良好的防護(hù)特性，通過高強鋁合金與稀土硝酸鹽溶液在密封反應(yīng)釜中進(jìn)行水熱反應(yīng)而形成具有優(yōu)良防護(hù)效果的稀土氧化膜；進(jìn)ー步利用該稀土氧化膜特定的納/微粗糙結(jié)構(gòu)，通過疏水化處理賦予膜層超疏水功能以減少高強鋁合金與腐蝕介質(zhì)直接接觸的機會，從而進(jìn)ー步增強膜層的防護(hù)作用。2、通過本發(fā)明方法制備的高強鋁合金表面超疏水防護(hù)膜兼具優(yōu)良的超疏水功能 和防護(hù)功能，可望獲得廣泛應(yīng)用。3、本發(fā)明方法綠色環(huán)保、エ藝簡單、操作方便、易于大規(guī)模エ業(yè)化生產(chǎn)等特點。4、本發(fā)明方法不僅可以有效解決高強鋁合金的防護(hù)難題，還可應(yīng)用于純鋁及其他鋁合金的高效防護(hù)。


圖I是采用本發(fā)明方法水熱實驗后高強鋁合金表面形成的特定納/微粗糙結(jié)構(gòu)的場發(fā)射掃描電子顯微鏡照片。
具體實施例方式以應(yīng)用廣泛的2024和7075高強鋁合金為實施對象，將高強鋁合金工件依次用200#,400#,600#和800#水砂紙打磨至表面平整，用水沖洗后在無水こ醇中超聲清洗5分鐘，由此得到表面清潔的高強鋁合金工件。實施例I :
將表面清潔的2024高強鋁合金工件依次進(jìn)行以下處理
①水熱成膜將清潔的高強鋁合金工件浸沒于裝有O.001mol/L硝酸鈰水溶液的反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜密封后于130°C的烘箱中保溫3小時，然后自然冷卻到室溫，取出エ件、吹干;
②膜層疏水化處理將步驟①水熱成膜后的高強鋁合金工件置于室溫下的疏水處理液中浸泡10小時，取出后于85°C下烘干I小時，即得高強鋁合金表面超疏水防護(hù)膜。所述疏水處理液為由十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷與無水こ醇按照體積比I:100混合、磁力攪拌2小時后得到的溶液。膜層超疏水防護(hù)功能的檢驗步驟如下(其他實施例檢驗步驟相同，故省略。)
a.超疏水功能檢驗接觸角是衡量表面疏水能力的重要指標(biāo)，它是液體在固體表面達(dá)到熱力學(xué)平衡時所保持的角度。本發(fā)明采用北京東方德菲儀器有限公司的0CA20型視頻光學(xué)接觸角測量儀測定水與膜層的接觸角，由接觸角值是否超過150°判斷膜層是否具備了超疏水功能。b.防護(hù)功能檢驗按“IS09227-90”標(biāo)準(zhǔn)，采用醋酸鹽霧試驗方法檢驗?zāi)幽透g功能。實驗在FDY/L — 03型鹽霧腐蝕試驗箱中進(jìn)行，箱內(nèi)溫度控制為35±2° C，霧液成分為在50±5g/L的氯化鈉溶液中加適量冰醋酸調(diào)節(jié)其pH值為3. 2±0. I，試樣暴露面積為10cm2，平行試樣3個，定期檢查試樣，記錄試樣表面腐蝕產(chǎn)生時間。膜層功能檢驗結(jié)果膜表面與水滴的接觸角可達(dá)到154° ,具備超疏水功能；鹽霧實驗720小時無腐蝕發(fā)生，具備優(yōu)良的防護(hù)作用。實施例2
將表面清潔的2024高強鋁合金工件依次進(jìn)行以下處理
①水熱成膜將清潔的高強鋁合金工件浸沒于裝有O.0005mol/L硝酸釤水溶液的反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜密封后于160°C的烘箱中保溫2小時，然后自然冷卻到室溫，取出エ件、吹干;
②膜層疏水化處理將步驟①水熱成膜后的高強鋁合金工件置于室溫下的疏水處理液中浸泡6小時，取出后于90°C下烘干O. 5小吋，即得高強鋁合金表面超疏水防護(hù)膜。所述疏水處理液為由十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷與無水こ醇按照體積比I: 80混合、磁力攪拌I小時后得到的溶液。膜層功能檢驗結(jié)果膜表面與水滴的接觸角可達(dá)到155° ,具備超疏水功能；鹽霧實驗720小時無腐蝕發(fā)生，具備優(yōu)良的防護(hù)作用。實施例3
將表面清潔的7075高強鋁合金工件依次進(jìn)行以下處理
①水熱成膜將清潔的高強鋁合金工件浸沒于裝有O.001mol/L硝酸鑭水溶液的反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜密封后于120°C的烘箱中保溫5小時，然后自然冷卻到室溫，取出エ件、吹干;
②膜層疏水化處理將步驟①水熱成膜后的高強鋁合金工件置于室溫下的疏水處理液中浸泡12小時，取出后于80°C下烘干I小吋，即得高強鋁合金表面超疏水防護(hù)膜。所述疏水處理液為由十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷與無水こ醇按照體積比I:120混合、磁力攪拌2小時后得到的溶液。膜層功能檢驗結(jié)果膜表面與水滴的接觸角可達(dá)到163° ,具備超疏水功能；鹽霧實驗720小時無腐蝕發(fā)生，具備優(yōu)良的防護(hù)作用。實施例4
將表面清潔的7075高強鋁合金工件依次進(jìn)行以下處理
①水熱成膜將清潔的高強鋁合金工件浸沒于裝有O.002mol/L硝酸釹水溶液的反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜密封后于140°C的烘箱中保溫4小時，然后自然冷卻到室溫，取出エ件、吹干;
②膜層疏水化處理將步驟①水熱成膜后的高強鋁合金工件置于室溫下的疏水處理液中浸泡8小時，取出后于85°C下烘干I小吋，即得高強鋁合金表面超疏水防護(hù)膜。所述疏水處理液為由十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷與無水こ醇按照體積比I: 90混合、磁力攪拌I. 5小時后得到的溶液。膜層功能檢驗結(jié)果膜表面與水滴的接觸角可達(dá)到157° ,具備超疏水功能；鹽霧實驗720小時無腐蝕發(fā)生，具備優(yōu)良的防護(hù)作用。本發(fā)明利用稀土氧化膜無毒、無污染的特點及其對高強鋁合金良好的防護(hù)特性，通過高強鋁合金與稀土硝酸鹽溶液在密封反應(yīng)釜中進(jìn)行水熱反應(yīng)而形成具有優(yōu)良防護(hù)效果的稀土氧化膜；進(jìn)ー步利用該稀土氧化膜特定的納/微粗糙結(jié)構(gòu)(如附圖I所示)，通過疏水化處理賦予膜層超疏水功能以減少高強鋁合金與腐蝕介質(zhì)直接接觸的機會，從而進(jìn)一歩增強膜層的防護(hù)作用。
最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，其他依據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行的修改或者等同替換，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種高強鋁合金表面超疏水防護(hù)膜的制備方法，其特征在于，包括水熱成膜和膜層疏水化處理2個步驟，具體如下 ①水熱成膜將清潔的高強鋁合金工件浸沒于裝有稀土硝酸鹽水溶液的反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜密封后于12(Tl60°C的烘箱中保溫2飛小時，然后自然冷卻到室溫，取出工件、吹干；所述稀土硝酸鹽水溶液的濃度為O. 0005、. 002mol/L ； ②膜層疏水化處理將步驟①水熱成膜后的高強鋁合金工件置于室溫下的疏水處理液中浸泡6 12小時，取出后于8(T90°C下烘干O. 5^1小時，即得高強鋁合金表面超疏水防護(hù)膜； 所述疏水處理液為由十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷與無水乙醇按照體積比I: 8(Γ120，混合、磁力攪拌廣2小時后得到的溶液。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高強鋁合金表面超疏水防護(hù)膜的制備方法，其特征在于，所述稀土硝酸鹽水溶液為O. 00Γ0. 002 mol/L的硝酸鈰、硝酸釤、硝酸鑭或硝酸釹水溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高強鋁合金表面超疏水防護(hù)膜的制備方法，其特征在于，所述疏水處理液為由十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷與無水乙醇按照體積比I: 100混合、磁力攪拌2小時后得到的溶液。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高強鋁合金表面超疏水防護(hù)膜的制備方法，該方法包括水熱成膜和膜層疏水化處理兩個步驟；其中水熱成膜步驟中所用溶液為稀土硝酸鹽水溶液，由此可得到對高強鋁合金具有優(yōu)良防護(hù)作用且具有特定納/微粗糙結(jié)構(gòu)的稀土氧化膜；稀土氧化膜的納/微粗糙結(jié)構(gòu)為實現(xiàn)膜層的超疏水功能奠定了基礎(chǔ)，因此通過對膜層進(jìn)行疏水化處理即可實現(xiàn)膜層的超疏水，從而可降低高強鋁合金與腐蝕介質(zhì)直接接觸的機會，進(jìn)一步增強膜層的防護(hù)作用。通過本發(fā)明方法制備的高強鋁合金表面超疏水防護(hù)膜兼具優(yōu)良的超疏水功能和防護(hù)功能，可望獲得廣泛應(yīng)用。本發(fā)明方法具有綠色環(huán)保、工藝簡單、操作方便、易于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)等特點。
文檔編號B05D7/24GK102847668SQ20121031468
公開日2013年1月2日 申請日期2012年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月30日
發(fā)明者雷驚雷, 李凌杰, 黃濤, 何建新, 徐輝, 潘復(fù)生 申請人:重慶大學(xué)