[发明专利]一种超疏水不锈钢表面涂层及其制备方法

说明书

本发明提供了一种超疏水不锈钢表面涂层，超疏水不锈钢表面涂层包括呈阵列排布的微纳结构，微纳结构包括微米级尖锥和纳米级晶须，纳米级晶须以微米级尖锥为中心向外辐射形成花瓣状结构，微纳结构的材质包括镍、铜和镍铜合金中的至少一种。本发明提供的超疏水不锈钢表面涂层可以有效阻隔腐蚀介质、细菌、蛋白的侵蚀和黏附，从而可以实现防腐防污性能。本发明还提供了一种超疏水不锈钢表面涂层的制备方法，包括通过定向电沉积法在不锈钢材料表面直接沉积制备超疏水不锈钢表面涂层；本发明制备方法无需模板，且不受不锈钢材料形状的限制，无须经过有机低表面能物质修饰，降低了成本，减少了工艺流程，且可以调控沉积物的生长和尺寸大小。

技术领域

本发明涉及超疏水材料领域，具体涉及一种超疏水不锈钢表面涂层及其制备方法。

背景技术

我国在耐海水腐蚀钢领域的研究起步较晚，海洋材料体系的建立并不完善，传统材料316L不锈钢作为海洋工程装备材料仍然被大量使用，但这种材料在高温高湿的南海海洋环境中出现了严重的腐蚀失效，原因主要源于高湿高热条件下更加活跃的海洋微生物污损活动加速了对316L不锈钢的点蚀。

目前海洋工程装备金属材料的防腐防污主要采用涂料涂装的方法。传统的防腐防污涂料主要是以有机锡和氧化亚铜为主要防污剂，这些防污剂的添加对海洋生态环境造成非常严重的破坏。近来，在金属材料表面制备超疏水表面也可以实现防腐防污性能。目前，国内外制备超疏水表面的主要方法包括：自组装法、刻蚀法、溶胶凝胶法、化学气相沉积、电化学沉积、电化学阳极氧化法和机械加工法等。但上述方法存在制备所需设备昂贵，工艺复杂，需使用价格昂贵的低表面能物质氟硅烷修饰，成本高，环境不友好等缺陷。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种超疏水不锈钢表面涂层及其制备方法。本发明超疏水不锈钢表面涂层的制备方法工艺简单，制得的超疏水不锈钢表面涂层的超疏水性能和耐腐蚀性能良好。

本发明第一方面提供了一种超疏水不锈钢表面涂层，所述超疏水不锈钢表面涂层包括呈阵列排布的微纳结构，所述微纳结构包括微米级尖锥和纳米级晶须，所述纳米级晶须以所述微米级尖锥为中心向外辐射形成花瓣状结构，所述微纳结构的材质包括镍、铜和镍铜合金中的至少一种。

优选地，所述微纳结构的表面具有氧化层，所述氧化层的厚度为10nm-100nm。

优选地，所述微米级尖锥的高度为0.1μm-0.7μm，平均直径为0.4μm-0.6μm，相邻所述微米级尖锥之间的距离为0.2μm-0.3μm。

优选地，所述纳米级晶须的长度为100nm-250nm。

本发明第一方面提供的超疏水不锈钢表面涂层包括呈阵列排布的微纳结构，其精细的微纳二维结构与低表面能特性发挥了截留空气的作用，可以阻隔腐蚀介质、细菌、蛋白的侵蚀和黏附，从而实现防腐防污性能。

本发明第二方面提供了一种超疏水不锈钢表面涂层的制备方法，包括：

(1)提供不锈钢材料，将所述不锈钢材料进行预处理；

(2)将预处理后的不锈钢材料作为阴极浸泡在含镍盐和/或铜盐的电沉积液中，将镍板或铂板作为阳极，在所述不锈钢材料表面进行第一次电沉积，所述第一次电沉积的温度为40-80℃，电流密度为0.1-5A/dm²，电沉积时间为50-1000s；

(3)在步骤(2)得到的不锈钢材料表面进行第二次电沉积，所述第二次电沉积的温度为40-80℃，所述第二次电沉积的电流密度比所述第一次电沉积的电流密度大7-10A/dm²，所述第二次电沉积时间短于第一次电沉积时间；电沉积结束后，在所述不锈钢材料表面制得呈阵列排布的微纳结构，从而得到超疏水不锈钢表面涂层；