[发明专利]一种轻合金表面超疏水薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种轻合金表面超疏水薄膜的制备用方法。

背景技术

超疏水是固体表面的一种独特润湿性，超疏水表面与水滴的接触角大于150°，滚动角小于10°。水滴在这样的表面可以自由滚动，从而可达到自清洁的效果。超疏水表面由于其优异的斥水性能，在国防、工农业生产和日常生活中有着广泛的应用前景。例如超疏水技术应用于室外电缆上，可防止积雪从而保证电路畅通；用在船舰外壳上，不但可以减少水的阻力，提高航行速度，还能达到防污防腐的功效；用在石油运输管道内壁，能够防止粘附、堵塞，减少损耗。正是由于有如此的需求，超疏水材料的应用研究才越来越受关注。

通常认为，微米与纳米相结合的复合粗糙结构是引起表面超疏水性的根本原因。目前，制备粗糙结构表面方法很多，包括光刻法、微机械加工法、模板挤出法、化学气相沉积法、等离子体表面刻蚀法等。这些方法有的需要昂贵的设备，有的需要复杂的加工过程，有的难以大面积制备，这些缺陷不利于工业化生产及实际应用的需要。化学刻蚀法利用普通化学刻蚀剂制备出适当的表面微观粗糙结构，是一种简单的具有推广价值的超疏水制备方法。

轻合金材料在航空航天，交通运输等许多领域内有着广泛的应用，如铝合金可用作雷达和飞机的外壳以及轮船、潜艇的舰体；镁合金广泛应用于飞机（尤其是轰炸机）机身；钛合金应用于超音速飞机、航海制造业等。如何在轻合金上构造超疏水表面以解决其在实际应用中遇到的一些关键问题（如腐蚀防护、减阻、防覆冰等）是一个备受关注的课题。近年来，已经出现一些在轻合金表面构筑超疏水表面的方法，如申请号200710026279.0公开了一种铝及铝合金超疏水表面的制作方法，利用含硝酸及金属盐的化学腐蚀液对基体材料进行处理，然后在其表面涂覆低表面能物质；屈孟男等人报道了利用化学腐蚀（氢氟酸/双氧水混合溶剂）处理结合低表面能物质修饰在钛合金上制备了超疏水表面；申请号200910192207.2公布了一种镁合金表面疏水化复合处理方法，主要步骤包括微弧氧化处理和有机镀膜疏水化处理。上述处理方法存在一些显著不足之处，例如粗糙化处理所需化学腐蚀液成分较复杂或需要专业仪器设备；低表面能物质与轻合金基体缺乏牢固的化学键合作用，导致超疏水表面稳定性不高；制备方法对常用轻合金（钛、铝、镁）的普适性有限。因此，针对常用轻合金，发展一种简单通用的方法，在其表面制备性能稳定的超疏水薄膜就显得十分迫切。

发明内容

本发明的目的是提供一种轻合金表面超疏水薄膜的制备方法，此方法获得的超疏水薄膜结构稳定，制备过程无需复杂昂贵的设备，成本低廉，工艺简单，应用前景广泛。

本发明是这样实现的，主要包括以下步骤：

（1）机械处理：采用金相砂纸打磨亲合金表面，除去表面氧化层；

（2）清洁处理：将打磨后的轻合金基片依次放入丙酮、超纯水中超声清洗5~10 min，以除去表面油污；

（3）化学刻蚀：将超声清洗后的轻合金浸入水或双氧水稀溶液中处理6~12 h，处理温度为90~120℃；

（4）疏水化处理：将化学刻蚀后的轻合金经超纯水超声清洗、甲醇淋洗后，放入疏水处理液中静置0.5~1 h；

（5）热处理：将疏水化处理的轻合金在110 ~ 140℃下热处理0.5~1 h，即可得稳定的超疏水表面。

双氧水稀溶液浓度为5 % ~ 15 %。

疏水处理液为1~10 mmol/L的全氟辛基三氯硅烷甲醇溶液。

本发明具有以下优点：所用化学刻蚀剂成分简单，为超纯水或双氧水稀溶液；采用化学刻蚀的方法不需要昂贵的设备，成本低，可控性较好，易于批量生产；制备超疏水薄膜与基片通过共价键结合，稳定性高；超疏水性好，接触角平均大于155°，滚动角小于10°。

附图说明

图1. 实施例1制备的超疏水表面水滴接触角图片及经过超声处理的接触角图片。

图2. 全氟辛基三氯硅烷在轻合金表面吸附示意图。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，通过实例进行说明：

实施例1

（1）机械处理：采用金相砂纸打磨亲合金表面，除去表面氧化层；

（2）清洁处理：将打磨后的轻合金基片依次放入丙酮、超纯水中超声清洗5~ 10 min，以除去表面油污；

（3）化学刻蚀：将超声清洗后的镁合金、铝合金浸入超纯水中，将钛合金浸入浓度为15 %双氧水稀溶液中，处理时间为3 h，处理温度为90℃；