[发明专利]金属表面超疏水钴镀层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属表面改性和金属镀层电沉积制备技术领域，具体涉及金属表面超疏水钴镀层及其制备方法。

背景技术

钴能提高铁基、铝镍基和稀土金属合金的磁饱和强度和居里点，使其具有高矫顽力，是电气工业中的优良磁性材料。同时，钴金属镀层具有比镍金属镀层更高的硬度、耐磨和耐高温性能，含钴高温合金在 900～1000℃下仍有很高的强度和抗蠕变性能。但纯钴金属表现为亲水性能，其防腐、自清洁和防冰等性能有待提高，从而影响其在汽车船舶工业、电气工业及航空、航天工业等的应用。

超疏水表面是指水滴在其上接触角大于150o，滚动角小于10o，因其具有自清洁、减阻、耐腐蚀和抗结冰结霜等特性，在军事、通讯、航空和生物等领域有广泛的应用前景。通常情况下，纯金属表面为亲水性，在金属基体表面制备具有超疏水功能的镀层材料，引起了广大研究者的关注。目前，化学刻蚀、热喷涂、气相沉积和电镀等方法可用于在金属基体表面制备具有超疏水的功能镀层，相比而言，电镀法具有设备和过程简单、生产价格低廉、易于大规模生产等优点，越来越受到科研工作者的关注。申请号为201110152051.2公开了一种镍电镀液和使用镍电镀液制备超疏水镍镀层的方法，所用的镍电镀液以氯化胆碱离子液体作为溶剂，以NiCl₂或NiCl₂·6H₂O为溶质，在一定温度和电镀电压下，电镀制备了超疏水镍镀层。申请号为201210114736.2公开了一种具有超疏水镀层的镁合金的制备方法，首先在镁合金上制备二元微纳米粗糙结构，再经低表面能的长直链烷酸修饰后获得超疏水性能。申请号为201210483659.8公开了一种金属表面超疏水性铝镀层制备方法，在活性金属基磁控溅射铝镀层表面构建微纳复合结构，然后在十四酸中浸泡一段时间，获得超疏水铝镀层。

如前所述，钴金属广泛应用于电气及航空、航天领域，但由于其亲水性，影响其防腐、自清洁和防冰等性能。本专利首次发明了在不同的金属基材表面制备具有超疏水性能的钴镀层，其制备方法简单，成本低廉，且易于工业化大规模生产。

发明内容

  本发明提供金属表面超疏水钴镀层的制备方法，采用电镀法制备超疏水钴镀层所需电镀液成分简单，配制方便，环境友好，不含腐蚀性物质。同时，电镀过程简单，易于大规模生产，所制备的超疏水钴镀层的接触角在150~160o范围，滚动角小于10o，具有很好的超疏水性能。制备的超疏水钴镀层在汽车船舶工业、电气工业及航空、航天工业等有广泛的应用。

本发明的目的通过下列技术方案实现的。

金属表面超疏水钴镀层及其制备方法，其包括下列步骤：

1.        工件预处理：将工件先用400目和800目砂纸打磨，然后用表面活性剂超声清洗5~30 min，再用丙酮超声清洗5~30 min，最后用稀硫酸（0.2~3.0 mol/L）清洗10~60 s后用纯净水洗净，吹干，得到经过处理的工件；

2.        配置电镀液：将金属钴盐和长直链烷酸溶解于乙醇溶液中，搅拌震荡均匀，配置成基础电镀液；

3.        将经过处理的工件作为阴极，纯钴、铜或石墨碳作为阳极，在步骤2）配置的基础电镀液中进行电镀，电镀后将阴极工件镀层洗净、吹干，获得超疏水功能的钴镀层。

优先地，在步骤1中，所述工件为不锈钢和黄铜导电金属材料；所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠或十二烷基硫酸钠。

优先地，在步骤2中，所述金属钴盐为二氯化钴、硫酸钴及它们的水合物中的一种以上。

优先地，在步骤2中，所述长直链烷酸为碳原子数为8~20的直链烷酸，包括癸酸、肉豆蔻酸或十八烷酸之一。

优先地，步骤2中，所述金属钴盐在乙醇溶液中浓度为0.01~1.0 mol/L，长直链烷酸在乙醇溶液中浓度为0.01~3.0 mol/L，乙醇药品的纯度为分析纯。

优先地，步骤2中，所述搅拌震荡采用100~300 W功率超声波超声10~30 min，200~800转/分磁力搅拌器搅拌10~40 min。

优先地，步骤3中，电镀电压范围为5~50 V，最佳范围为10~30 V；电镀时间为1~60 min，最佳范围为10~30 min； 电镀液温度为室温~75℃.

优先地，步骤3中所述电镀所用电源为市场上购买的普通直流电和脉冲电镀电源。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1.        本发明的制备方法可在所有导电金属材料表面制备超疏水钴镀层。