[发明专利]超疏水耐蚀防污铝基非晶涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了超疏水耐蚀防污铝基非晶涂层及其制备方法，所述方法包括以下步骤：S1、基材表面预处理，S2、铝基非晶涂层的制备，S3、涂层表面化学刻蚀，S4、低表面能物质修饰。本发明所述方法具有以下优势：(1)工艺简单，效率高，适合现场施工，成本低，可在非平面复杂结构基底上大面积制备；(2)涂层氧化物含量低、成分均匀、结构致密，孔隙率2％，与基底结合良好，其非晶含量80vol.％,具备优异的耐磨耐蚀性能；(3)接触角150°，滚动角10°，具备良好的疏水性，表现出优异的防水、自清洁，以及耐腐蚀性能，且兼备非晶涂层的高耐磨性；(4)可应用于多种工业零部件外表面和管道内壁等需要自清洁、耐腐蚀、抗结冰和节能流体输送等各种场合。

技术领域

本发明属于材料表面工程领域，涉及海洋工程装备关键零部件表面超疏水涂层的制备技术，具体为超疏水耐蚀防污铝基非晶涂层及其制备方法。

背景技术

海洋装备长期服役于严酷的海洋环境下，海洋工程材料的腐蚀损伤、磨蚀失效和生物污损不可避免，因此带来巨大的经济损失。海洋工程材料的失效问题已成为制约海洋工程技术和装备发展的因素之一，引起世界各国政府、海洋工业界的高度重视。因此，亟需开发高性能材料并提升表面防护技术，从而保障海洋工程装备的长时安全服役。

铝基非晶合金原子结构长程无序，无晶界、偏析等晶体缺陷，具有成本低、密度小、比强度高，以及优异的防腐耐磨性，是一种极具工程应用的新材料。但受到高真空等苛刻的制备工艺和室温脆性限制，其大部分仅以粉末、薄带、毫米棒等形式存在，三维块体制备技术尚未有重大突破。先进的热喷涂技术具备快速冷却凝固材料的特征(10⁵～10⁸K/s)，为沉积非晶涂层提供了技术支撑。其中，高速电弧喷涂技术采用含有非晶形成元素的金属粉芯丝材为原料，其设备简单、高效、成本低且适宜现场原位大面积施工，为金属构件的腐蚀防护提供了新的机遇和先进的技术支撑。

近年来，仿生荷叶表面微纳米结构的超疏水涂层被相继开发出来，其静态水接触角大于150°、滚动角小于10°，具有斥水、自清洁等特性，在抗腐蚀、防水防污、减阻、防雾防冰等方面有着潜在的工程应用价值。超疏水涂层是一种具有良好前景的用于改善金属防腐性能的技术，因为它会阻隔金属表面与水和环境湿度的接触。超疏水技术对于许多工业应用也非常重要，并且可以解决长期存在的金属及其合金的腐蚀问题。基于铝基非晶合金的优异性能和较低的表面能，以及超疏水涂层能够改善金属防腐性能的应用，研究开发具有高耐蚀性的超疏水铝基非晶合金涂层，在海洋工程及军事领域均具有重大的意义。

发明内容

解决的技术问题：针对严苛海洋环境下海工装备关键部件的腐蚀与磨损失效难题，为进一步提升铝基非晶涂层的耐蚀防污性能，本发明提供了超疏水耐蚀防污铝基非晶涂层及其制备方法。所述方法能够在多种复杂结构的金属工件基底上大面积制备超疏水表面，制作工艺简单，制备效率高，适宜现场施工，成本低等优势。本方法制备的疏水表面不仅具有优良的超疏水性能和自清洁效应，而且兼具非晶涂层的耐磨耐腐蚀性能，并具备一定的防覆冰功能。

技术方案：超疏水耐蚀防污铝基非晶涂层的制备方法，所述方法包括以下步骤：

S1、基材表面预处理

采使用砂纸打磨试样表面以除去氧化物，将打磨后的试样分别使用无水乙醇、丙酮超声清洗5-15min，以除去表面颗粒杂质和油污，自然风干后，为保证涂层与基材之间有良好的结合力，采用喷砂工艺对试样表面进行喷砂处理以提高其表面粗糙度；

S2、铝基非晶涂层的制备

利用高速电弧喷涂技术在预处理后的基材表面进行多道次喷涂制备具有微米级粗糙结构的铝基非晶涂层；

S3、涂层表面化学刻蚀

将S2制备的铝基非晶涂层在碱溶液中刻蚀，在涂层表面建立微-纳米级复合粗糙结构，同时活化涂层表面，取出后，在无水乙醇中超声清洗5-15min，去除表面残留液及刻蚀产物，并自然晾干；