[发明专利]具有仿生超滑表面结构的钛基合金及其制备方法和应用

说明书

本发明是关于一种具有仿生超滑表面结构的钛基合金及其制备方法和应用，其中，所述仿生超滑表面结构包括两级粗糙表面结构和润滑剂层；其中，两级粗糙表面结构是由凹凸宏观结构和多孔微观结构复合而成；润滑剂层覆盖在两级粗糙表面结构上。所述具有仿生超滑表面结构的钛基合金的制备方法主要包括前处理步骤、凹凸宏观结构加工、多孔微观结构制备、后处理步骤。本发明主要用于在钛基合金上构建、制备出仿生超滑表面结构，该仿生超滑表面结构易制备，且抗磨擦能力良好、储油量较大，润滑剂耗散速率较低，对提高钛基合金的抗生物粘附性能，拓展其在船舶、海洋工程、医疗器械等抗生物污损领域的应用潜力具有重要指导意义。

技术领域

本发明涉及一种抗生物污损材料技术领域，特别是涉及一种具有仿生超滑表面结构的钛基合金及其制备方法和应用。

背景技术

钛基合金是以钛元素为基材加入其它元素所构成的合金，具有密度小、比强度高、耐蚀性好、抗冲击性好等突出优点，广泛应用于化工、航空航天、船舶、海洋工程、医疗器械等领域。

钛基合金具有良好的生物相容性，使得具有附着能力的生物极易沉积附着在其表面，造成生物污损，并由此产生一系列危害，如船舶航运中增大航行阻力，减缓航速进而增加燃料消耗；水下管道传输中阻塞管路，从而降低管道运输效率、缩短服役期限等；而在医疗器械领域，细菌等微生物的表面粘附更会增大患者感染风险，诱发术后感染等严重问题。因此，提高钛基合金表面的抗生物污损能力成为拓展其在船舶、海洋工程、医疗器械等领域应用的关键问题之一。

近年来，受到自然界中猪笼草的笼口微观上具有粘液薄层覆盖而具有优异抗粘附性能的启发，一种崭新的表面抗粘附技术方法，即光滑的液体注入多孔表面(又称：仿生超滑表面)，在抗污损领域受到广泛关注。仿生超滑表面具有很多优异的性能，如防腐、防结冰、自清洁，尤其是可以防止蛋白质或微生物的附着。例如，现有相关技术提出了一种利用人工仿猪笼草超滑表面防止金属大气腐蚀的方法，其主要设计思路是在金属铝表面构建了仿生超滑表面。但是，本发明的发明人发现单纯由阳极氧化方式构建的多孔微观结构相对脆弱，有限的微观多孔结构储油量较小，无法满足材料表面长期服役的性能要求。因此，研究设计一种耐磨擦、储油量大且润滑剂耗散速率低的钛基合金仿生超滑表面新结构，对提高其在船舶、海洋工程、医疗器械等抗生物污损领域的应用具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种具有仿生超滑表面结构的钛基合金及其制备方法和应用，主要目的在于在钛基合金上构建抗磨擦能力良好、储油量较大，润滑剂耗散速率较低的仿生超滑表面结构。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

一方面，本发明实施例提供一种具有仿生超滑表面结构的钛基合金，其中，所述仿生超滑表面结构包括：

两级粗糙表面结构，所述两级粗糙表面结构是由凹凸宏观结构和多孔微观结构复合而成；

润滑剂层，所述润滑剂层覆盖在所述两级粗糙表面结构上；

其中，所述两级粗糙表面结构和润滑剂层复合形成所述钛基合金的仿生超滑表面结构。

优选的，所述两级粗糙表面结构上接枝有全氟辛基三乙氧基硅烷或1,1,2,2-全氟二甲基环己烷，以使所述润滑剂层在所述全氟辛基三乙氧基硅烷或1,1,2,2-全氟二甲基环己烷的作用下覆盖在所述两级粗糙表面结构上。

优选的，所述润滑剂层中的润滑剂为全氟聚醚或聚二甲基硅氧烷。

优选的，所述润滑剂层中的润滑剂呈粘稠状，进一步优选的，在40℃下，所述润滑剂的黏度范围为5-250cSt。

优选的，所述润滑剂层的厚度为10-100μm。