專利名稱：一種用原電池法制備鎂合金基體超疏水表面的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及金屬表面處理，涉及到一種在室溫條件下采用原電池法在鎂合金基體上構建超疏水表面的工藝方法。背景超疏水表面因具有自清潔、抗玷污、減阻減摩、抑制表面腐蝕等特性，在軍事、通訊、航空、能源及生物醫(yī)學等領域中有著極為廣闊的應用前景將超疏水表面用于高降雪地區(qū)的衛(wèi)星天線、太陽能面板、光電轉換器上，可以防止因積雪、凍雨而導致的信號中斷等重大事故。用于金屬材料上，可以起到自清潔、抑制表面腐蝕和表面氧化的作用。水下航行體在行進中的摩擦阻力占總阻力的80%以上，將超疏水表面用于潛艇外殼上，能減少水的阻力，提高航行速度，節(jié)省能源；用于輸送管道內壁、微量注射器針尖上，可以降低與液流之間的摩擦阻力，防止粘附、堵塞；用于微流體裝置中，可以實現(xiàn)對流體的低阻力、無漏損傳送； 用于微型水上交通工具上，可以使其具有超強的承載能力。用于與血液接觸的血管支架等生物醫(yī)學材料上，可以抑制血小板的粘附和活化，改善材料的血液相容性。用于航空發(fā)動機艙前內壁和低壓壓氣機葉片上，可減少因發(fā)動機結冰而造成的空中停車等惡性事故；用于空調等相關產(chǎn)品上，可解決冷表面凝露、空氣源熱泵和冷風機結霜等問題。目前，超疏水表面一般可以通過兩種技術路線來制備一類是直接在低表面能的疏水材料表面上構建微納米級粗糙結構；另外一類是用低表面能材料在微納米粗糙結構上進行修飾處理。根據(jù)這兩種技術路線，研究人員已在多種金屬和非金屬材料上制備出超疏水表面。由于鎂合金具有密度小、比強度高、彈性模量大、消震性好等優(yōu)點，因此應用廣泛。超疏水鎂合金表面制備技術研究也受到人們重視。因為鎂合金表面為親水表面，所以要在鎂合金基體上制備出超疏水表面須經(jīng)歷兩個步驟一是粗糙化處理，即采用特殊方法在表面構建微納米粗糙結構；二是低表面能化處理，即采用低表面能的硅烷、氟硅烷或硬脂酸來修飾所獲得的粗糙結構。從2007年Liang等制備出鎂合金基體超疏水表面以來(Liang，J. ；Guo，Ζ. G. ；Fang，J. ；Hao，J. C. Chemistry Letters 2007，36，416-417)， 已有多種方法被用于制備鎂合金基體超疏水表面，這些方法可分為微弧氧化法(中國專利200710078089. 3.中國專利200710078090.中國專利200910192207.康志新；賴曉明；王芬；龍雁；李元元.中國有色金屬學報2011，21，觀3-觀9)、化學刻蝕法(中國專利 201010520898.中國專利 201010165310. 0. Liu, K. S. ；Zhang, Μ. L. ；Zhai, J. ；Wang，J.； Jiang, L. Applied Physics Letters 2008,92,183103. Wang, Y. H. ；Wang, W. ；Zhong, L.； Wang, J. ；Jiang, Q. L. ；Guo, X. Y. Applied Surface Science 2010,256,3837-3840. Yin, B. ；Fang, L. ；Hu, J. ；Tang, A. Q. ；Wei, W. H. ；He, J. Applied Surface Science2010, 257, 1666-1671.)、化學沉積法(Ishizaki, Τ. ；Saito, N. Langmuir 2010, 26,9749-9755. Wang, J. ；Li, D. D. ；Gao, R. ；Liu, Q. ；Jing, Χ. Y. ；Wang, Y. L. ；He, Y. ；Zhang, Μ. L. Materials Chemistry and Physics 2011,129,154-160. Ishizaki, T. ；Masuda, Y. ；Sakamoto, Μ. Langmuir 2011，27，4780-4788.)和高溫熱水浸泡法(Ishizaki, Τ. ；Sakamoto, Μ. Langmuir 2011，27，2375-2381)。雖然上述方法所制備的鎂合金基體超疏水表面的疏水性較好，但仍存在不同的問題(1)微弧氧化法所需的技術條件較為嚴格，操作較麻煩；在制備大面積超疏水表面時，需要采用大容量電源和大型整體陰極。(2)化學刻蝕法需要使用鹽酸、硫酸或硝酸等腐蝕性液體，工作條件差，在加工過程中會產(chǎn)生刺激性的難聞氣味，對操作人員和環(huán)境的危害大；反應過程中，溶液會發(fā)生損耗，需不斷補充上述危險的腐蝕性液體。( 化學沉積法需要采用尿素或硝酸鈰，硝酸鈰具有助燃和刺激性，且能長期蓄積在地下水中，污染地下水；采用尿素時，加工時間較長，需12h。(4)與上述3種方法相比，高溫熱水浸泡法是相對環(huán)保的方法，但存在加工效率低的問題，每次加工都需要幾個小時的加工時間。因此，有必要開發(fā)新的安全、環(huán)保、加工過程簡單且加工效率高的方法來制備鎂合金基體超疏水表面。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種安全、環(huán)保、加工過程簡單且加工效率高的方法來制備鎂合金基體超疏水表面。為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供的在鎂合金基體上構建超疏水表面的工藝方法，包括如下步驟(1)去除鎂合金板和其他金屬板表面的氧化層，然后對處理后鎂合金板和其他金屬板依次使用無水乙醇和去離子水超聲波清洗，并吹干；所采用的其他金屬包括一切電極電位比鎂高的金屬；(2)將鎂合金板和其他金屬板平行對稱放置并通過導線相連，然后將其放入盛有電解液的容器中構成鎂合金-其他金屬原電池；所采用的電解液為NaCl水溶液、NaBr水溶液、Na2SO4水溶液或NaClO3水溶液；浸泡時間不少于15min，浸泡完成后將鎂合金板用去離子水沖洗，并吹干；(3)將上述鎂合金板放入含低表面能材料的乙醇溶液中進行修飾，取出后烘干，冷卻到室溫后即得到鎂合金基體超疏水表面；所采用的低表面能材料包括氟硅烷、硬脂酸、棕櫚酸、月桂酸或肉豆蔻酸等。本發(fā)明與現(xiàn)有的鎂合金基體超疏水表面制備技術相比具有以下優(yōu)點(1)本發(fā)明無需復雜的加工裝置和操作步驟，且極易大面積制備。(2)本發(fā)明可采用中性電解液，無需強酸、強堿，反應過程中無刺激性氣體產(chǎn)生，對操作人員和環(huán)境的危害小。(3)本發(fā)明的加工效率高，只需幾十鐘的時間就可得到超疏水表面所需的二元微納米粗糙結構。(4)本發(fā)明得到的鎂合金基體超疏水表面具有較好的超疏水性能，對水的接觸角大于155°，滾動角小于5°。(5)本發(fā)明在制備超疏水表面不需消耗電能，同時形成原電池，產(chǎn)生的電能可用于動力、照明、通信等。


圖1為實施例1的加工裝置示意圖。圖2為實施例1獲得的鎂合金基體超疏水表面的掃描電鏡圖。
圖3為實施例1獲得的鎂合金基體超疏水表面的掃描電鏡圖。圖4為實施例1獲得的鎂合金基體超疏水表面的掃描電鏡圖。圖5為實施例1獲得的鎂合金基體超疏水表面的疏水示意圖。
具體實施例方式以下結合技術方案和附圖詳細敘述本發(fā)明的具體實施例。實施例1(1)將鎂合金板和銅板切割成20mmX 30mm，實際加工面積為20mmX 20mm，其余部分用于裝夾和導電。加工前，先用1500#砂紙打磨鎂合金板和銅板以去除表面的氧化層，然后對打磨后的鎂合金板和銅板依次使用無水乙醇和去離子水超聲波清洗，清洗時間分別為 2min，并吹干。(2)將鎂合金板和銅板平行對稱固定，兩板間距為5mm，同時兩板通過導線相連。 將兩板放入盛有2mol/L NaCl水溶液中，此時整個體系構成封閉回路，原電池開始工作。加工時溶液溫度為室溫(約25°C )，加工時間為60min。由于鎂的電極電位比銅低，鎂合金將成為負極而發(fā)生氧化反應。(3)加工完成后將鎂合金板用去離子水沖洗，并吹干，最后將其放入配制好的質量分數(shù)為1 %的氟硅烷乙醇溶液中，在室溫下浸泡池后取出，放入烘箱中，在80°C下烘15min， 取出后在空氣中冷卻到室溫，即可得到超疏水表面。水滴在鎂合金基體超疏水表面上的接觸角為162.8°，滾動角為2°。如果使用硬脂酸、棕櫚酸、月桂酸或肉豆蔻酸等來降低表面能時，接觸角都會超過150°。
權利要求
1. 一種用原電池法制備鎂合金基體超疏水表面，其特征在于包括以下步驟(1)去除鎂合金板和其他金屬板表面的氧化層，然后對處理后鎂合金板和其他金屬板依次使用無水乙醇和去離子水超聲波清洗，并吹干；所述的其他金屬包括一切電極電位比鎂高的金屬；(2)將鎂合金板和其他金屬板平行對稱放置，并通過導線相連，然后將其放入盛有電解液的容器中構成鎂合金-其他金屬原電池；所采用的電解液為NaCl水溶液、NaBr水溶液、 Na2SOjK溶液或NaClO3水溶液；浸泡時間不少于15min ；浸泡完成后將鎂合金板用去離子水沖洗，并吹干；(3)將步驟( 得到的鎂合金板放入含低表面能材料的乙醇溶液中進行修飾，取出后烘干，冷卻到室溫后即得到鎂合金基體超疏水表面；所采用的低表面能材料包括氟硅烷、硬脂酸、棕櫚酸、月桂酸或肉豆蔻酸。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用原電池法制備鎂合金基體超疏水表面，其特征是先去除鎂合金板和其他金屬板表面的氧化層，然后對鎂合金板和其他金屬板依次使用無水乙醇和去離子水超聲波清洗，并吹干；再將鎂合金板和其他金屬板平行對稱放置，并通過導線相連，然后將其放入盛有電解液的容器中，構成鎂合金-其他金屬原電池，浸泡完成后將鎂合金板用去離子水沖洗，并吹干，使鎂合金板表面獲得二元微納米粗糙結構；最后，采用低表面能材料修飾上述的鎂合金板獲得鎂合金基體超疏水表面。本發(fā)明節(jié)能環(huán)保，安全高效，設備簡單，操作方便，在加工超疏水表面時不僅不需消耗電能，還能產(chǎn)生電能，一舉多得。
文檔編號C25D11/02GK102409379SQ201110350648
公開日2012年4月11日 申請日期2011年11月8日 優(yōu)先權日2011年11月8日
發(fā)明者劉新, 孫晶, 宋金龍, 徐文驥, 王續(xù)躍 申請人:大連理工大學