一種在金屬表面一步法制備超疏水膜層的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬表面處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種在金屬表面一步法制備超疏水膜層的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬材料作為當(dāng)前應(yīng)用最廣的工程結(jié)構(gòu)材料，廣泛應(yīng)用于航空航天、電子產(chǎn)品、汽車工業(yè)、國(guó)防軍工等領(lǐng)域。然而，常用的金屬結(jié)構(gòu)材料如鋁合金、鋼鐵、鎂合金、銅合金等在潮濕的空氣中及水溶液介質(zhì)中比較容易發(fā)生腐蝕，這嚴(yán)重制約了金屬材料的廣泛應(yīng)用。通常，金屬材料由于自身的特性，表面均為親水狀態(tài)，這使得金屬表面容易吸水導(dǎo)致化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕的發(fā)生。超疏水表面是指水滴在表面的接觸角大于等于150°的表面，水滴在這種表面呈現(xiàn)出球形，當(dāng)表面稍微傾斜時(shí)，水滴會(huì)隨著滑落。超疏水表面由于其天然的憎水功能在金屬表面防腐上有著重要的研究?jī)r(jià)值。
[0003]近年來(lái)，在金屬表面已經(jīng)開發(fā)出眾多的超疏水表面制備方法，如水熱法、化學(xué)氣相沉積、化學(xué)刻蝕、微弧氧化、陽(yáng)極氧化、電化學(xué)沉積等。Chen XH等(Crystal Growth andDesign, 2009，9 (6)，2656-2661)利用化學(xué)氣相沉積的方法在銅表面制備超疏水結(jié)構(gòu)，并對(duì)獲得的結(jié)構(gòu)用1H，1H，2H，2H-全氟十七烷三甲基氧硅烷(PDES)和十八硫醇(0DT)分別進(jìn)行修飾，結(jié)果表明經(jīng)過(guò)TOES和0DT修飾的銅箔表面的接觸角均超過(guò)160°，而經(jīng)過(guò)TOES修飾的表面具有更低的滾動(dòng)角，雖然其方法簡(jiǎn)單，但其周期較長(zhǎng)、效率較低，需要?dú)庀喑练e設(shè)備，大規(guī)模的推廣應(yīng)用難度較大。中國(guó)發(fā)明專利(專利號(hào):ZL 200810220287.3)公開了一種可以在多種金屬表面制備超疏水膜層的方法，該法結(jié)合化學(xué)刻蝕與有機(jī)鍍膜在鎂合金、銅合金及不銹鋼表面制備了性能良好的超疏水表面，具有生產(chǎn)效率高、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，然而，該法需要其自主合成的含氟三嗪類有機(jī)物，嚴(yán)重限制了這種方法的推廣。
[0004]—般而言，金屬表面超疏水膜層的制備需要兩個(gè)步驟:一是在金屬表面構(gòu)造粗糙結(jié)構(gòu)；二是在表面修飾低表面自由能物質(zhì)；此外，現(xiàn)有的工藝往往需要苛刻的設(shè)備，昂貴的試劑，較長(zhǎng)的周期，要真正將超疏水表面應(yīng)用到工業(yè)上還有一段距離。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決以上現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足之處，本發(fā)明的首要目的在于提供一種在金屬表面一步法制備超疏水膜層的方法。該方法只需一步即可在多種金屬表面制備出超疏水表面所需的粗糙結(jié)構(gòu)與低表面能物質(zhì)，制備得到超疏水膜層，實(shí)現(xiàn)金屬表面優(yōu)良的超疏水性能。且該方法極大的縮短了制備周期，處理過(guò)程易于實(shí)現(xiàn)，適于工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。
[0006]本發(fā)明的另一目的在于提供一種通過(guò)上述方法制備得到的一種具有超疏水膜層的金屬。
[0007]本發(fā)明目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0008]一種在金屬表面一步法制備超疏水膜層的方法，包括如下步驟:以兩塊預(yù)處理過(guò)的金屬分別作為陰極和陽(yáng)極，在直流電壓20?60V的條件下，以金屬硝酸鹽和十四酸的混合溶液為電鍍液，電沉積1?60min，即在陰極和陽(yáng)極同時(shí)獲得具有超疏水膜層表面的金屬。
[0009]優(yōu)選地，所述的金屬包括鎂合金、純鋁片、純鎳片、純銅片、不銹鋼片。
[0010]優(yōu)選地，所述電鍍液中硝酸鹽的濃度為0.01?0.05mol/L ;十四酸的濃度為
0.05 ?0.2mol/L0
[0011 ] 優(yōu)選地，所述電鍍液以無(wú)水乙醇作為溶劑。
[0012]所述的預(yù)處理為本領(lǐng)域常規(guī)的打磨、清洗及去油脂等處理，優(yōu)選包括以下步驟:將金屬表面用砂紙打磨至1500?2000#，室溫下丙酮超聲清洗lOmin，冷風(fēng)吹干待用。
[0013]—種具有超疏水膜層表面的金屬，通過(guò)以上方法制備得到。
[0014]上述方法制備得到的具有超疏水膜層表面的金屬，其水滴表面接觸角均大于155。。
[0015]本發(fā)明的制備方法及所得到的產(chǎn)物具有如下優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
[0016](1)本發(fā)明的方法可一步同時(shí)完成在金屬表面制備出超疏水表面所需的粗糙結(jié)構(gòu)與低表面能物質(zhì)，且陰陽(yáng)兩極同時(shí)制備得到超疏水膜層，無(wú)需使用特殊的設(shè)備，其制備方法簡(jiǎn)單，處理過(guò)程易于實(shí)現(xiàn)；
[0017](2)本發(fā)明的方法最快可以lmin在金屬表面獲得超疏水膜層，極大的縮短了超疏水的制備周期，且電沉積加工工藝均適用于大面積生產(chǎn)，為工業(yè)應(yīng)用快速、大面積生產(chǎn)超疏水金屬表面提供了一種高效可行的方法；
[0018](3)本發(fā)明涉及的溶液配方均不含有對(duì)環(huán)境和人類身體健康有毒有害成分，屬于環(huán)保型配方。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為實(shí)施例1在陰極和陽(yáng)極得到的具有超疏水膜層表面的Mg-Mn-Ce鎂合金的接觸角測(cè)試結(jié)果圖；
[0020]圖2為實(shí)施例2在陰極和陽(yáng)極得到的具有超疏水膜層表面的鋁片的接觸角測(cè)試結(jié)果圖；
[0021]圖3為實(shí)施例3在陰極和陽(yáng)極得到的具有超疏水膜層表面的鎳片的接觸角測(cè)試結(jié)果圖；
[0022]圖4為實(shí)施例4在陰極和陽(yáng)極得到的具有超疏水膜層表面的銅片的接觸角測(cè)試結(jié)果圖；
[0023]圖5為實(shí)施例5在陰極和陽(yáng)極得到的具有超疏水膜層表面的不銹鋼片的接觸角測(cè)試結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0025]實(shí)施例1
[0026]尺寸為50X30 X 4 (mm)的Mg-Mn-Ce鎂合金板材，經(jīng)表面預(yù)處理后電化學(xué)沉積一步獲得結(jié)構(gòu)特征突出的超疏水表面，具體包括以下步驟及工藝條件:
[0027]步驟一:鎂合金預(yù)處理
[0028]將Mg-Mn-Ce鎂合金板材表面用砂紙打磨至2000#，室溫下丙酮超聲清洗lOmin，冷風(fēng)吹干；
[0029]步驟二:電鍍液配制
[0030]將Mg (N03) 2和十四酸溶于無(wú)水乙醇中，其中，Mg (N0 3) 2的濃度為0.03mol/L,十四酸濃度為0.lmol/L ；
[0031]步驟三:電沉積
[0032]以兩塊打磨好的鎂合金試樣分別作為陰極和陽(yáng)極，取100mL步驟二配制的電鍍液，在直流電壓30V的條件下，電沉積20min，即在陰極和陽(yáng)極分別獲得具有超疏水膜層表面的Mg-Mn-Ce鎂合金。
[0033]本實(shí)施例在陰極和陽(yáng)極得到的具有超疏水膜層表面的Mg-Mn-Ce鎂合金的接觸角測(cè)試結(jié)果圖如圖1所示。由圖1結(jié)果得出陰極的接觸角達(dá)到159.6°，陽(yáng)極的接觸角達(dá)到156.2。。
[0034]實(shí)施例2
[0035]尺寸為50 X 30X0.1 (mm)的純鋁片薄片，經(jīng)表面預(yù)處理后電化學(xué)沉積一步獲得結(jié)構(gòu)特征突出的超疏水表面，具體包括以下步驟及工藝條件:
[0036]步驟一