專(zhuān)利名稱(chēng)：一種制備鈦或鈦合金超疏水表面的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬表面處理，特別涉及到一種電化學(xué)制備鈦或鈦合金超疏水表面的工藝方法。
背景技術(shù)：
鈦及鈦合金具有比強(qiáng)度高、耐熱性好、耐腐蝕等優(yōu)良特性，超疏水表面具有自清潔、減阻減摩、防結(jié)霜、抑制表面腐蝕等特點(diǎn)。因此，發(fā)明鈦或鈦合金超疏水表面制備方法，對(duì)航空、航天、艦船、兵器等工業(yè)發(fā)展有著極其重要的意義。制備鈦或鈦合金超疏水表面一般需要兩個(gè)步驟一是對(duì)其表面進(jìn)行粗糙化處理，構(gòu)建微納米粗糙結(jié)構(gòu)；二是降低其表面能，通常利用低表面能物質(zhì)硅烷、氟硅烷或硬脂酸等 來(lái)修飾所獲得的粗糙結(jié)構(gòu)。Qu等通過(guò)在鈦基底上制備導(dǎo)電聚苯胺納米管薄膜制備超疏水表面(M. N. Qu, G. Y. Zhao, X. P. Cao, J. Y. Zhang, Langmuir 2008, 24,4185)，F(xiàn)ujishima 等利用印刷法在鈦基底制備了超疏水表面(K. Nakata, S. Nishimoto, A. Kubo, D. Tryk, T. Ochiai,T. Murakami, A. Fujishima, Chem. Asian J. 2009,4,984),上述方法需要較多的步驟以及較長(zhǎng)的加工時(shí)間。Lin等利用電化學(xué)法制備超疏水鈦表面，以鉬金為陰極，氫氟酸為電解液(Y. K. Lai, C. J. Lin, J. Y. Huang, H. F. Zhuang, L. Sun, T. Nguyen, Langmuir, 2008, 24, 3867),由于鉬金是貴重金屬，使得該方法成本較高，氫氟酸屬于強(qiáng)酸，并具有較強(qiáng)的氧化性，會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。利用強(qiáng)酸或強(qiáng)堿制備超疏水鈦表面的還有中國(guó)專(zhuān)利200810183386.9，Chen 等(A. C. Chen, X. S. Peng, K. Koczkur, B. Miller,Chem. Commun. 2004,1964)和 Ivanova等(E. P. Ivanova, V. K. Truong, J. Y. Wang, C. C. Berndt, R. T. Jones, I. I. Yusuf, I. Peake,
H.ff. Schmidt, C. Fluke, D. Barnes, R. J. Crawford, Langmuir, 2010, 26,1973)，這些方法會(huì)在較大程度上對(duì)環(huán)境造成污染。電化學(xué)刻蝕法是一種簡(jiǎn)單，高效，可控性好的傳統(tǒng)技術(shù)。使用電化學(xué)法構(gòu)造超疏水表面的粗糙結(jié)構(gòu)具有操作簡(jiǎn)單方便、加工時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。此外，與上述制備鈦或鈦合金超疏水表面的方法相比，本發(fā)明使用中性電解液，避免強(qiáng)酸強(qiáng)堿溶液的使用，使得加工過(guò)程更加環(huán)保，操作人員更加安全。目前，采用中性電解液的電化學(xué)法制備鈦或鈦合金超疏水表面的方法尚無(wú)文獻(xiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種安全、環(huán)保、加工過(guò)程簡(jiǎn)單且加工效率高的方法來(lái)制備鈦或鈦合金超疏水表面。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供構(gòu)建鈦或鈦合金超疏水表面的工藝方法，包括如下步驟(I)將金屬鈦或鈦合金清洗除油；(2)將鈦或鈦合金和陰極平行對(duì)稱(chēng)放置，并通過(guò)導(dǎo)線與直流電源相連，鈦或鈦合金接正極，陰極接負(fù)極，然后將其放入盛有電解液的容器中，接通電源開(kāi)始電化學(xué)刻蝕；所采用的電解液為NaCl或NaBr水溶液；刻蝕完成后將鈦或鈦合金清洗，吹干；
(3)將步驟⑵得到的鈦或鈦合金表面用低表面能材料進(jìn)行修飾，取出后烘干，即得到鈦或鈦合金超疏水表面；所采用的低表面能材料包括氟硅烷、硬脂酸、棕櫚酸、月桂酸或肉豆蘧酸。本發(fā)明與現(xiàn)有的鈦或鈦合金超疏水表面制備技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)(I)本發(fā)明無(wú)需復(fù)雜的加工裝置和操作步驟，且極易大面積制備。(2)本發(fā)明采用中性電解液，無(wú)需強(qiáng)酸、強(qiáng)堿，反應(yīng)過(guò)程中無(wú)刺激性氣體產(chǎn)生，對(duì)操作人員和環(huán)境的危害小。(3)本發(fā)明的加工效率高，只需幾分鐘的時(shí)間就可得到超疏水表面所需的二元微納米粗糙結(jié)構(gòu)。 (4)本發(fā)明得到的鈦或鈦合金超疏水表面具有較好的超疏水性能,對(duì)水的接觸角大于150° ,滾動(dòng)角小于5°。


圖I為實(shí)施例I的加工裝置示意圖。圖2為實(shí)施例I獲得的鈦超疏水表面的掃描電鏡圖。圖3為實(shí)施例I獲得的鈦超疏水表面的掃描電鏡圖。圖4為實(shí)施例I獲得的鈦超疏水表面的掃描電鏡圖。圖5為實(shí)施例I獲得的欽超疏水表面的疏水不意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施例。實(shí)施例I(I)將鈦板和陰極銅板切割成20mmX30mm,實(shí)際加工面積為20mmX20mm,其余部
分用于裝夾和導(dǎo)電。加工前，對(duì)鈦板和陰極銅板依次使用無(wú)水乙醇和去離子水超聲波清洗，吹干。(2)將鈦板和陰極銅板平行對(duì)稱(chēng)固定,兩板間距為IOmm,兩板通過(guò)導(dǎo)線與直流電源相連，鈦板接電源正極，陰極銅板接電源負(fù)極；將兩板放入盛有O. 2mol/L NaCl水溶液中；接通直流電源，開(kāi)始加工，電流密度為lA/cm2。加工時(shí)溶液溫度為室溫(約25°C )，加工時(shí)間為3min。(3)加工完成后將鈦板用去離子水沖洗，吹干，最后將其放入配制好的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為I %的氟硅烷乙醇溶液中，在室溫下浸泡2h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。水滴在鈦或鈦合金超疏水表面上的接觸角為153°，滾動(dòng)角為2°。如果使用硬脂酸、棕櫚酸、月桂酸或肉豆蘧酸等來(lái)降低表面能時(shí)，接觸角都會(huì)超過(guò)150°。實(shí)施例2(I)將鈦板和陰極銅板切割成20mmX30mm,實(shí)際加工面積為20mmX20mm,其余部
分用于裝夾和導(dǎo)電。加工前，對(duì)鈦板和陰極銅板依次使用無(wú)水乙醇和去離子水超聲波清洗，吹干。(2)將鈦板和陰極銅板平行對(duì)稱(chēng)固定,兩板間距為IOmm,兩板通過(guò)導(dǎo)線與直流電源相連，鈦板接電源正極，陰極銅板接電源負(fù)極；將兩板放入盛有O. 2mol/L NaBr水溶液中；接通直流電源，開(kāi)始加工，電流密度為O. 5A/cm2。加工時(shí)溶液溫度為室溫(約25°C )，加工時(shí)間為15min。(3)加工完成后將鈦板用去離子水沖洗，吹干，最后將其放入配制好的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 %的硬脂酸乙醇溶液中，在室溫下浸泡2h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。水滴在鈦或鈦合金超疏水表面上的接觸角為161°，滾動(dòng)角為2°。如果使用氟硅烷、棕櫚酸、月桂酸或肉豆蘧酸等來(lái)降低表面能時(shí)，接觸角都會(huì)超過(guò)150°。
權(quán)利要求
1.一種制備鈦或鈦合金超疏水表面的方法，其特征在于包括以下步驟 (1)將鈦或鈦合金清洗除油； (2)將作為陽(yáng)極的鈦或鈦合金和陰極平行對(duì)稱(chēng)放置，并通過(guò)導(dǎo)線與直流電源相連，鈦或鈦合金接正極，陰極接負(fù)極，然后將其放入電解液中，接通電源開(kāi)始電化學(xué)刻蝕；所采用的電解液為NaCl或NaBr水溶液；刻蝕完成后將鈦或鈦合金清洗，吹干； (3)將步驟(2)得到的鈦或鈦合金表面用低表面能材料進(jìn)行修飾，取出后烘干，即得到鈦或鈦合金超疏水表面；所采用的低表面能材料包括氟硅烷、硬脂酸、棕櫚酸、月桂酸或肉豆蘧酸。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種制備鈦或鈦合金超疏水表面的方法，其特征是將作為陽(yáng)極的鈦或鈦合金和陰極平行對(duì)稱(chēng)放置，并通過(guò)導(dǎo)線與直流電源相連，鈦或鈦合金接正極，陰極接負(fù)極，然后將其放入電解液中，接通電源開(kāi)始電化學(xué)刻蝕；所采用的電解液為NaCl或NaBr水溶液；刻蝕完成后將鈦或鈦合金清洗，吹干；將得到的鈦或鈦合金表面用低表面能材料進(jìn)行修飾，取出后烘干，即得到鈦或鈦合金超疏水表面；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。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，快速高效，可控性好，特別是中性電解液的使用使得該方法更加安全，環(huán)保，在航空、航天、艦船等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C25F3/08GK102618913SQ20121010393
公開(kāi)日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月10日
發(fā)明者劉新, 孫晶, 宋金龍, 徐文驥, 陸遙 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)