[发明专利]一种长寿命钛合金超滑表面及其制备方法

说明书

本发明公开了一种长寿命钛合金超滑表面及其制备方法，本发明中所长寿命钛合金超滑表面的结构为，在钛合金表面上生长TiO₂纳米管，以纳米管内部作为润滑油的储存仓库；TiO₂纳米管上方连接中空的冠状病毒型SiO₂，内部其中空结构可以作为润滑油的第二储存仓库。在水流剪切冲击下，润滑油会少许流失而中间腔中的润滑油可通过管束向外界释放，以减少水流剪切冲击造成的润滑油的损失，此外冠状病毒型SiO₂中的管束可通过毛细力的作用锁住润滑油，再次防止其被水流剪切冲刷掉。选择带有氢基的硅油形成化学吸附，进一步防止润滑油流失。最终使该表面在经过了120天的长时间浸泡后仍保持了原有的性能，稳定性极强。

技术领域

本发明属于超滑表面材料领域。

背景技术

钛金属质轻、高强、耐蚀，特别对盐水或海水和海洋大气环境的侵蚀有免疫能力，是优质轻型结构材料，被称为“海洋金属”，是重要的战略金属材料。钛金属在海洋工程中具有广泛的用途，特别适于做轻型海工装备，是海洋工程领域的新型关键材料之一，因此，充分利用海洋材料——钛及钛合金，将有助于国家海洋战略的发展。而钛合金长期在海底服役会造成表面被微生物所侵附和受到电化学腐蚀，因此钛合金的防污防腐表面构建需提上日程。

而超滑表面是一种可以同时具有防污和防腐功能的表面，但是目前大量报道表明，虽然超滑表面具有不同于超疏水表面的许多优异性能，在各方面具有广泛用途，然而材料的稳定性、可靠性是决定其能否工业应用的重要因素。超滑表面材料在实际服役时，其表面的低表面能化学物质会因高温、辐射光等发生劣化降解；或在长期浸泡、水流冲刷、液滴流淌过程中逐渐流失；基底精细微纳结构或受到外力冲击而破损、磨损，导致润滑液流失，性能失效。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种长寿命钛合金超滑表面及其制备方法，可提高超滑表面服役时间，防止润滑油快速流失。

本发明中所长寿命钛合金超滑表面的结构为，在钛合金表面上生长TiO₂纳米管，以纳米管内部作为润滑油的储存仓库；TiO₂纳米管上方连接中空的冠状病毒型SiO₂，内部其中空结构可以作为润滑油的第二储存仓库。所述中空的冠状病毒型SiO₂的中心为一个中空的SiO₂圆球，表面上带有若干SiO₂纳米管，SiO₂纳米管与中空的SiO₂圆球相通。

其中，TiO₂纳米管的长度为500-700微米、直径为200-350纳米，中空的冠状病毒型SiO₂的尺寸为200～350nm。SiO₂纳米管长度为80～100nm，直径为10～20nm。

所述长寿命钛合金超滑表面的制备方法，具体步骤如下：

步骤一、在钛合金表面制备TiO₂纳米管

1.使用240目的砂纸打磨钛合金表面，之后使用600目的砂纸二次打磨，最后抛光处理。

2.使用无水乙醇、丙酮溶液超声清洗表面5-15分钟。

3.用去离子水冲洗表面，并在60-80℃的烘箱中干燥24小时；

4.在400℃的空气中煅烧2小时。

5.采用阳极氧化法以煅烧后的钛合金为阳极、以铂电极或者碳电极为阴极，两电极之间的距离为5cm，0.35-0.45wt％NH₄F、2.5-3.0vol％去离子水的乙二醇溶液为电解液采用恒压直流电流供电，电压为60-80V，反应48-72h，在钛合金表面制备出TiO₂纳米管。

步骤二、制备冠状病毒型SiO₂