[发明专利]在铜合金表面原位构筑超疏水涂层的方法

说明书

为填补现有技术空白，本发明首次公开了一种在铜合金表面原位构筑超疏水涂层的方法：向铜合金中引入二价、三价元素(如Zn、Al)，将该铜合金浸泡在氯化钠溶液中，可原位获得层状双金属氢氧化物/氧化物多级结构薄膜；确定合成的多级结构的微观形貌和物相种类，通过调节制备涂层的温度，构筑了不同密度的多级结构；确定了在全氟辛基三乙氧基硅烷修饰后的表面的静态接触角；并用电化学测试表征了含超疏水涂层铜合金的防腐蚀性能，从而证明超疏水涂层抗腐蚀能力。本发明为首次提出的在铜合金表面原位构筑超疏水涂层的方法，简单方便、节能环保且成本低廉，可控性强，并且与铜合金基体的结合力强、结构稳定、实用性较强，可广泛应用于工业生产。

技术领域

本发明涉及一种金属材料表面超疏水涂层的制备方法，特别是涉及一种在铜合金表面原位构筑超疏水涂层的方法，应用于铜合金工程材料防腐蚀涂层制备技术领域，属于金属的腐蚀与防护技术领域。

背景技术

铜合金是当前除了钢铁、铝合金之外最重要的合金种类，它在电气化和电子信息、海洋发展中具有举足轻重的作用。铜有较高的正电位，是耐腐蚀的金属，在海洋领域的使用量中仅仅次于钢铁，因此在冷热水管道、海洋和海水等工业中广泛使用。但在含氧的氯离子溶液中，铜会形成络合离子，发生的腐蚀较为严重。目前在铜合金的腐蚀与防护领域常用的方法有：添加缓蚀剂、形成保护层、阴极保护法等。近年来超疏水涂层应用在金属的腐蚀防护领域的应用，引起了科学界和工业界的广泛关注。超疏水涂层在防雾、自清洁等方面有着优异的表现。构筑超疏水涂层的较为关键的两个因素：在基体表面创建多层级的微纳结构和利用低表面能的物质对微纳结构进行修饰。超疏水涂层的构筑方法有模板法、湿化学法、水热合成法、电化学沉积法、静电纺丝法、自组装和层层组装法、等离子刻蚀法、化学气相沉积法、溶胶-凝胶法。层状双金属氢氧化物由带二价和三价的金属离子正电荷主体层板，层间阴离子及水分子构成。其化学通式为:[M²⁺_1-xM³⁺_x(OH)₂]^x-A^n-_(x/n)·mH₂O,其中M²⁺、M³⁺分别是位于层板上的二价、三价金属离子，A^n-代表层间阴离子，m是水分子的个数。层状双金属氢氧化物在近些年在催化、光学、薄膜等领域得到了广泛的应用。目前已有很多研究者开始研究层状双金属氢氧化物在金属腐蚀与防护领域的运用。

专利CN110116083A利用改性剂对基体的表面进行改性处理之后，将掺杂了缓蚀剂的疏水性物质制备成自修复疏水性材料，再与基体结合，得到超疏水涂层，这种防腐蚀材料能够主动修复破损位置；专利CN109746172A先在金属基体表面构筑微纳结构，然后再喷涂粘结剂，最后经过低表面能物质疏水改性之后获得超疏水涂层；专利CN102716848A在非平面铁表面构筑防腐蚀的超疏水纳米复合薄膜，先对铁表面预处理，然后将非平面铁基体表面构筑聚合物粘合层，再将聚合物粘合层表面构筑TiO₂/SiO₂纳米复合膜，经过煅烧处理之后，在非平面铁基体/TiO₂/SiO₂纳米复合膜表面氟硅烷基化处理，构筑成超疏水型TiO₂/SiO₂纳米复合薄膜；专利CN102634835A采用原位合成技术，在表面经阳极氧化后的铝片上生长层状双金属氢氧化物薄膜，用具有抗腐蚀性的氨基酸类阴离子表面活性剂对薄膜进行修饰后，薄膜的防腐蚀性能显著提高；但以上专利仍存在以下问题：

1.利用先表面改性再构筑微纳结构的方法的超疏水涂层在浸泡在海水中时性能不够稳定，结合力较弱，腐蚀涂层失效的风险较大；

2.所制备利用阳极氧化之后的铝基体表面构筑层状双金属氢氧化物需要另外加入其他的阳离子的盐溶液，制备过程复杂；

3.在原位生长层状双金属氢氧化物薄膜的金属基体多为铝合金，而在铜合金表面原位构筑层状双金属氢氧化物的发明尚未有所报道。