[发明专利]一种金属非晶超疏水表面的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属基材表面处理领域，具体涉及一种金属非晶超疏水表面的制备方法。

背景技术

金属及合金由于具有良好的导电、导热性以及较好的力学强度性能，至今仍然是最重要的结构材料。然而，普通金属及合金在潮湿或者腐蚀环境中，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的因素。

腐蚀给金属及合金材料带来的直接损失非常巨大。有人统计，每年在全世界腐蚀报废的金属约1亿吨，占年产量的20％～40％，而且随着工业化的进程，腐蚀问题日趋严重。由金属腐蚀导致的消耗占整个工业产品生产的2～3％，我国由于金属材料的腐蚀每年损失达5000亿元人民币。腐蚀带来的巨大损失不仅体现在经济损失上，它还会带来严重的人员伤亡、环境污染、资源浪费、阻碍新技术的发展等方面。专利CN1760400中提到一种包含改善表面的浸润性的碳系材料的复合金属材料及其制造方法，存在金属基材受限制、操作工艺复杂、工业应用不广泛等问题。与此同时，国内外对金属非晶浸润性的研究，以及在金属非晶表面构筑图案化规则阵列，从而实现金属非晶表面超疏水和自清洁用途的研究相对较少。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种金属非晶超疏水表面的制备方法，实现金属防腐蚀和自清洁的作用。经处理过的金属非晶的表面覆盖一薄层聚全氟烷基硅氧烷的薄膜，该薄膜的厚度为30～40nm。本方法具有操作简单、耗费时间少、成本低、重复性好等优点。

本发明提出一种金属非晶超疏水表面的制备方法，具体包括几个步骤：

(1)金属非晶表面的处理。将金属非晶的一侧表面依次用400号、800号、1200号的砂纸打磨光滑得到平整的表面，为防止金属非晶表面的氧化和晶化，在打磨过程中滴入无水乙醇(分析醇，乙醇的质量分数≥99.7％)，同时起到润滑作用。当金属非晶表面有金黄色光泽后停止打磨，将打磨后的金属非晶放入无水乙醇中，超声震荡清洗2分钟以上取出，吹干备用。

(2)硅片表面的处理。实验压印用的硅片模板为单晶硅，厚度0.3mm～1mm，硅片的规格尺寸为30um×20um、30um×15um、30um×10um、20um×20um、20um×10um等规格(优选为20um×10um)，其中20um代表硅片上均匀阵列的边长，10um代表硅片上均匀阵列之间的间距，将硅片模板放入无水乙醇中，超声震荡清洗2分钟以上，清除表面油迹，吹干备用。

(3)将金属非晶表面光滑的一面向上，硅片有规则阵列的一面向下置于金属非晶的光滑表面上。

(4)将电阻加热炉放入万能材料试验机中，对电阻加热炉开始进行升温至70～130℃时停止加热，将步骤(3)中的金属非晶和硅片放入电阻加热炉的反应室中，保持硅片置于金属非晶的光滑表面上，调节万能材料试验机参数，选择控制模式为位移控制，速度为0.01～0.5mm/min，保持阶段控制模式为载荷控制，保持开始标准为压缩应力，压缩应力保持值为10～100Mpa进行压印，待压缩应力达到压缩应力保持值为10～100Mpa后停止加热。压印结束后为保证压印效果，保压1～2分钟后取出。

(5)压印后的金属非晶表面具有微米级的整齐阵列，为保证达到超疏水的实验效果，将金属非晶放入无水乙醇中超声振荡2分钟以上，除去金属非晶表面的油迹。

(6)将经上述步骤处理后的金属非晶放入低温等离子体表面处理仪的反应室中，设置一遍参数背底真空度为9～20pa，设置一遍参数一路进气量10～1000标准毫升/分钟，一遍参数稳定时间10～100秒，一遍参数高频功率100～300瓦，一遍参数放电时间10～1000秒；二遍参数背底真空度8～20pa，二遍参数一路进气量0标准毫升/分钟，二遍参数稳定时间10～100秒，二遍参数高频功率100～300瓦，二遍参数放电时间10～1000秒，等到低温等子体表面处理仪的反应室中灯光熄灭发出蜂鸣声代表处理过程结束。

(7)取出经等离子体处理过的金属非晶，放入聚全氟烷基硅氧烷-乙醇的混合溶液中浸泡24小时以上。其中，聚全氟烷基硅氧烷-乙醇的混合溶液中聚全氟烷基硅氧烷的质量分数为1％～5％。

(8)将经过步骤(7)处理过的金属非晶用无水乙醇反复冲洗4～5次以上，放入80℃～110℃的烘箱中干燥1～4小时，得到表面覆盖一层聚全氟烷基硅氧烷的薄膜，该薄膜厚度为30～40nm，即得到本发明的金属非晶超疏水表面，实现金属非晶超疏水表面的制备。

本发明具有的优点在于：