[发明专利]一种高性能超疏水金属表面及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高性能超疏水金属表面及其制备方法，制备步骤包括：将洁净的金属样品先进行化学刻蚀得到具有微米结构的金属表面，然后置于热水中浸泡并于纳米颗粒的分散液中浸泡接枝纳米颗粒，最后浸泡于低表面能物质的溶液中进行表面修饰，即得所述高性能超疏水金属表面。本发明制备的超疏水金属表面表现出较高的水接触角，既具有优异的疏水性，又具有良好的防雾、防结霜、防覆冰性能；本发明克服了现有技术中化学刻蚀后金属表面粗糙、结构不均的缺陷，经过热水处理，使表面结构稳定成形，然后通过在表面接枝具有疏水性能的纳米颗粒，形成了更加均匀、连续的微纳米结构，表现出了优异的超疏水性能。

技术领域

本发明涉及超疏水表面技术领域，具体涉及一种高性能超疏水金属表面及其制备方法。

背景技术

铝及铝合金是一类非常重要的工程金属材料，其以质量轻、比强度高、热效率好、易加工、价格便宜、环境友好等特性，广泛应用于航空、航天、建筑、汽车、船舶及机械制造等领域。然而，由于铝及铝合金表面不具有自清洁性，易被污染，在酸、碱、盐等潮湿环境中易被腐蚀，且存在表面易覆冰等缺陷，在被广泛应用的同时仍存在着许多问题。例如，飞机表面结冰会改变飞机的外形，飞机的气动特性和性能相应地也会改变，不仅会增加飞机能耗，还会增大飞行的危险性。因此，实际应用过程中，对铝及铝合金表面处理的要求越来越高。

启示于自然界的“荷叶效应”，具有微纳米结构的超疏水表面具有优异性能受到了广泛关注，除自清洁外，还具有疏水、低摩擦系数、防覆冰、抗腐蚀等性能。研究表明，超疏水铝及铝合金表面具有优异的自清洁性能、防结冰性能和抗腐蚀等性能。目前，金属基超疏水表面的制备方法主要有化学刻蚀法、阳极氧化法、气相沉积法、激光烧蚀法等。化学刻蚀法因其制备工艺简单、可操作性强、成本低、适应性广而受到人们的广泛关注。

《SurfaceInterface Analysis》杂志(2012,44:439-444)上报道了Yin等通过化学刻蚀和表面改性的方法制备了超疏水铝合金表面，先依次在8mol/L的HF溶液和4mol/L的HCl溶液中刻蚀一段时间后，再经过氟硅烷表面修饰得到超疏水铝合金表面。《AppliedSurface Science》杂志(2015,342:76-83)上报道了Huang等对铝合金先后经过4mol/L的HCl溶液刻蚀、0.1mol/L的KMnO₄溶液钝化处理，再经过氟硅烷修饰，得到了一种具有良好耐腐蚀性能的超疏水铝合金表面。专利申请201410667574.4公开了一种构造高稳定超疏水铝表面的方法，铝合金先后经过氢氧化钠、硝酸溶液刻蚀，然后在磷酸溶液中进行阳极氧化、氨水刻蚀，最后在含有硬脂酸和二环己基碳二亚胺的正己烷混合液中浸泡处理，得到高稳定的超疏水铝表面，接触角可达155°。专利申请201611094508.8公布了一种具有自清洁功能的超疏水铝表面的制备方法，将打磨清洗后的铝样品在氯化铁溶液中刻蚀，再经过低表面能物质修饰后得超疏水铝表面，接触角最高可达149°。

但是目前采用化学刻蚀法制备的超疏水表面仍存以下问题：(1)刻蚀液多采用高浓度强酸或强碱，具有腐蚀性大、对人体及环境危害大等缺点；(2)化学刻蚀存在腐蚀不均匀、刻蚀反应过程不易控制等特点，易造成刻蚀的金属表面粗糙度不均匀，达不到良好的微纳米结构，从而导致疏水性能不高，甚至金属表面局部未达到超疏水性要求。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种高性能超疏水金属表面，本发明通过低浓度化学刻蚀剂刻蚀，然后通过热水处理及纳米涂层技术对刻蚀后的表面结构进行修饰，在金属表面构筑微纳米结构，最终得到性能优异的超疏水表面。

为了解决上述问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种高性能超疏水金属表面的制备方法，包括如下步骤：

(1)预处理：将金属打磨、清洗干净后进行干燥处理，得到洁净金属样品；

(2)化学刻蚀：将所述洁净金属样品置于刻蚀剂中进行刻蚀，然后超声清洗刻蚀后的金属，干燥，得到具有微米结构的金属表面；