[发明专利]用于金属防腐和油污自清洁功效的超双疏表面的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及超双疏材料的制备方法，特别涉及一种用于金属防腐和油污自清洁功效的超双疏(既超疏水又超疏油)表面的电化学制备方法。

背景技术

由于具有优良的导电、导热性和较高强度及良好的加工性，金属材料被广泛应用到船舶、建筑、国防以及国民生产得各个部门中。然而，普通金属在正常的使用过程中不可避免的会遭到灰尘和油污等的污染，从而影响材料的美观和使用性能。因此，金属的油污自清洁性是人们一直探讨的焦点，尤其是不易于人工清洁的高空建筑物表面的清洁问题。近几年，已有文献和专利报道利用制备超疏水表面的方法来减少金属表面和水的接触，以实现金属的油污自清洁，但是这些报到的方法只能利用水的冲刷作用保持金属表面的清洁，对油污等有机污染物却无能为力。此外，潮湿或腐蚀性环境中，金属材料非常容易被腐蚀，从而影响材料的使用寿命，导致其不能正常发挥作用，也给使用者带来很多不安全因素。在世界范围内，由金属腐蚀导致的消耗占整个工业产品生产的2～3％，每年造成的直接经济损失达7000亿美元，如果将维修费用等间接损失计算在内，这一数字还将大大提高。然而除少数贵金属(如Au、Pt)外，金属都有转变成离子的趋势。当金属和周围介质接触时，会发生化学和电化学作用而引起金属的腐蚀。为了解决上述难题，人们一直致力于探索金属材料的有效防腐问题，至今也取得了不少成果，获得了很多比较有效的方法。常用的金属防腐蚀目前大致分为三大类：金属的阳极保护、金属的阴极保护、和金属表面的非金属涂料保护。金属的阳极保护是指在某种金属表面镀覆一种电极电位较低的金属材料，在腐蚀环境中电位较低的金属材料首先被腐蚀而起到一种保护作用(如钢铁表面镀覆金属锌，锌在这个体系中起阳极牺牲保护作用)；金属的阴极保护是指在金属表面镀覆一种电位较高的耐腐蚀金属材料，在腐蚀环境中将低电位金属完全包覆，而将低电位金属与腐蚀性物质隔绝开来；金属表面的非金属涂料的作用也是隔绝金属和腐蚀性环境，从而保护其不被腐蚀。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于金属防腐和油污自清洁功效的超双疏表面的电化学制备方法。

本发明通过在金属表面制备超双疏油污自清洁表面，在金属表面形成超双疏层，一方面可以使水滴(如雨水)将附着在金属表面的灰尘等带走，从而实现金属表面的油污自清洁，保持金属表面的清洁度，同时由于所制备的表面具有优良的排油特性，使得油滴等有机污染物很难在所制备的超双疏表面吸附，因此所制备的表面对有机污染物有很好的油污自清洁作用；另一方面，本发明在金属表面形成的超双疏层由于能够将金属与离子性、酸性、碱性液滴有效的隔离开，从而有效的避免了由于液滴附着导致的金属表面的腐蚀，达到了金属防腐的目的。所以本发明的在金属表面构筑超双疏层的方法能够实现金属的防腐和油污自清洁，且还可大量节约国家能源，保护资源，减少污染，减少灾害隐患，提高社会，经济和环境效益的有效途径。

本发明的用于金属防腐和油污自清洁功效的超双疏表面的电化学制备方法包括以下步骤：

1)将金属或者金属合金基材依次放入丙酮、去离子水和乙醇中清洗干净，以脱去其表面上的油脂和污染物质；

2)配制浓度为0.001mol/L～0.1mol/L的全氟脂肪酸(CF₃(CF₂)_nCOOH，其中n＝6～14)有机电解质溶液；

3)将作为阴极的步骤1)清洗干净的金属或者金属合金基材，与作为阳极金属铜或铜合金基材置入到步骤2)配制的0.001mol～0.1mol/L的全氟脂肪酸有机电解质溶液中；并在阴极和阳极之间施加0.5～25V电压，进行电化学反应，在作为阴极的金属或者金属合金基材表面上沉积一层用于金属防腐和油污自清洁功效的全氟脂肪酸铜盐超双疏表面。

所述的电化学反应时间为1～4小时。

所述的有机电解质溶液是乙醇、甲醇、丙酮或二氯甲烷溶液。

所述的作为阴极的金属基材为具有导电性能的铜、锌、铝、镍、铁或钛等；所述的作为阴极的金属合金为具有导电性能的铜锌合金、铜镍合金或铁锡合金等。

所述的作为阳极的铜合金是铜锌合金、铜镍合金或铜铁合金等。