[发明专利]铝材表面超疏水薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及在各种大小和形状各异的铝材表面获得长期稳定的超疏水薄膜的方法，所获得的超疏水表面不仅具有非常好的超疏水和自清洁功能，而且具有优异的耐摩擦和防腐蚀功能。

背景技术

铝是自然界中分布最广泛的金属元素，其比强度高、比重小等优点，使得铝材在各个领域都有广泛的应用。虽然铝在空气中具有较好的耐蚀性，但是铝的化学活泼性使其在湿度较大的环境下或海水中容易受到腐蚀，这限制了铝材在工业上的应用。而超疏水表面(材料表面与水接触角大于150°)具有特殊的润湿特性，使其在防水、防雾、防污染、防结冰、防腐蚀和自清洁以及生物医学和仿生材料应用、流体减阻节能、电力输送塔架和电缆在冬季防冰雪等许多方面都有潜在应用前景，因此受到来自工业界和科研界科研人员的广泛关注。当水滴在超疏水表面的滚动角小于10°时，液滴在超疏水表面滚动的过程中吸附污染物并将其带离表面，从而达到清洁的目的。超疏水表面具有自清洁、抑制表面腐蚀等特性，因此在铝材表面制备超疏水薄膜具有深远的意义。材料表面的润湿性取决于材料表面的微观结构和表面化学性质。目前，化学刻蚀、电化学沉积、化学气相沉积、硬质阳极氧化和等离子体等方法可用于在铝材表面制备具有超疏水功能的表面。申请号为201110282445.X公开了一种制备铝基多孔超疏水表面的阳极氧化方法，所用的电解液是硫酸、重络酸钾、草酸、氯化钠和干油，所用的表面涂覆材料为硬脂酸、乙醇。申请号为201210483659.8公开了一种金属表面超疏水铝表面制备方法，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，获得超疏水铝表面。申请号为201210160825.0公开了一种超疏水铝及其制备方法，首先在铝表面构造出微米级突起、孔洞以及纳米级鳞片状的微纳米复合结构，再经低表面能的全氟辛酸修饰后获得超疏水性能。申请号为201310739501.7公开了一种超疏水铝及铝合金表面的制备方法，在常温常压下将铝或铝合金在含有偏铝酸钠和尿素的水溶液中处理，获得粗糙表面，然后在一定温度下进行化学气相沉积，将疏水化合物修饰在其表面，获得超疏水铝及铝合金表面。然而这些公开专利并未涉及所获超疏水表面的耐腐蚀及耐摩擦性能。而具有良好的耐腐蚀及耐摩擦性能是超疏水工件能在实际的工业上应用的重要关键。

发明内容

本发明专利提供了一种铝材表面超疏水薄膜及其制备方法，采用简单阳极氧化和热处理方法，可在各种大小和形状各异的铝材表面制备具有接触角大于150°，滚动角小于10°的超疏水自清洁表面，该表面还具有优异的耐腐蚀和耐摩擦性能。

铝材表面超疏水薄膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)将铝材置于电解液中作为阳极，所述电解液为浓度0.05～2.0mol·L^-1的中性盐水溶液，在电流密度为0.1～0.5A·cm^-2条件下进行阳极氧化，时间为1-20min，得到阳极氧化后的铝表面；

(2)将阳极氧化后的铝表面在含有氟硅烷的乙醇溶液中浸泡至少1min，然后将工件在80-200℃进行热处理，处理5-40min后自然冷却，得到铝材表面超疏水薄膜。

所述电解液是氯化钠、氯化钾、硫酸钠和硫酸钾中的一种或两者以上的水溶液。

步骤(1)所述电解液的浓度为0.1～1.0mol·L^-1，电流密度为0.2～0.4A·cm^-2，氧化时间为1-10min。

所述氟硅烷的乙醇溶液中氟硅烷体积百分含量为0.5％-10％。

所述氟硅烷包括十七氟癸基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷和十三氟辛基三乙氧基硅烷中的一种或两种以上。

步骤(2)在室温下浸泡，浸泡时间为1-10min，热处理温度为100-150℃，处理时间为10-30min。

所述铝片还经砂纸打磨、洗净和吹干的预处理。

所述砂纸为600～1000目SiC水砂纸。

步骤(1)得到的阳极氧化后的铝表面还经水洗和干燥处理。

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各种大小和形状各异的铝材表面制备超疏水表面，该表面不仅具有非常好的超疏水和自清洁功能，而且具有优异的耐磨、防腐蚀功能。同时该方法处理工艺简单，操作方便；能耗少，成本低；绿色环保，生产效率高，易于实现工业化生产。

2、本发明制备方法不需要复杂的加工设备，制备过程简单，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶、化学行业及建筑行业具有很好的应用价值。