一种超疏水不锈钢表面涂层及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种超疏水不锈钢表面涂层，超疏水不锈钢表面涂层包括呈阵列排布的微纳结构，微纳结构包括微米级尖锥和纳米级晶须，纳米级晶须以微米级尖锥为中心向外辐射形成花瓣状结构，微纳结构的材质包括镍、铜和镍铜合金中的至少一种。本发明专利技术提供的超疏水不锈钢表面涂层可以有效阻隔腐蚀介质、细菌、蛋白的侵蚀和黏附，从而可以实现防腐防污性能。本发明专利技术还提供了一种超疏水不锈钢表面涂层的制备方法，包括通过定向电沉积法在不锈钢材料表面直接沉积制备超疏水不锈钢表面涂层；本发明专利技术制备方法无需模板，且不受不锈钢材料形状的限制，无须经过有机低表面能物质修饰，降低了成本，减少了工艺流程，且可以调控沉积物的生长和尺寸大小。

【技术实现步骤摘要】
一种超疏水不锈钢表面涂层及其制备方法
本专利技术涉及超疏水材料领域，具体涉及一种超疏水不锈钢表面涂层及其制备方法。
技术介绍
我国在耐海水腐蚀钢领域的研究起步较晚，海洋材料体系的建立并不完善，传统材料316L不锈钢作为海洋工程装备材料仍然被大量使用，但这种材料在高温高湿的南海海洋环境中出现了严重的腐蚀失效，原因主要源于高湿高热条件下更加活跃的海洋微生物污损活动加速了对316L不锈钢的点蚀。目前海洋工程装备金属材料的防腐防污主要采用涂料涂装的方法。传统的防腐防污涂料主要是以有机锡和氧化亚铜为主要防污剂，这些防污剂的添加对海洋生态环境造成非常严重的破坏。近来，在金属材料表面制备超疏水表面也可以实现防腐防污性能。目前，国内外制备超疏水表面的主要方法包括：自组装法、刻蚀法、溶胶凝胶法、化学气相沉积、电化学沉积、电化学阳极氧化法和机械加工法等。但上述方法存在制备所需设备昂贵，工艺复杂，需使用价格昂贵的低表面能物质氟硅烷修饰，成本高，环境不友好等缺陷。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种超疏水不锈钢表面涂层及其制备方法。本专利技术超疏水不锈钢表面涂层的制备方法工艺简单，制得的超疏水不锈钢表面涂层的超疏水性能和耐腐蚀性能良好。本专利技术第一方面提供了一种超疏水不锈钢表面涂层，所述超疏水不锈钢表面涂层包括呈阵列排布的微纳结构，所述微纳结构包括微米级尖锥和纳米级晶须，所述纳米级晶须以所述微米级尖锥为中心向外辐射形成花瓣状结构，所述微纳结构的材质包括镍、铜和镍铜合金中的至少一种。优选地，所述微纳结构的表面具有氧化层，所述氧化层的厚度为10nm-100nm。优选地，所述微米级尖锥的高度为0.1μm-0.7μm，平均直径为0.4μm-0.6μm，相邻所述微米级尖锥之间的距离为0.2μm-0.3μm。优选地，所述纳米级晶须的长度为100nm-250nm。本专利技术第一方面提供的超疏水不锈钢表面涂层包括呈阵列排布的微纳结构，其精细的微纳二维结构与低表面能特性发挥了截留空气的作用，可以阻隔腐蚀介质、细菌、蛋白的侵蚀和黏附，从而实现防腐防污性能。本专利技术第二方面提供了一种超疏水不锈钢表面涂层的制备方法，包括：(1)提供不锈钢材料，将所述不锈钢材料进行预处理；(2)将预处理后的不锈钢材料作为阴极浸泡在含镍盐和/或铜盐的电沉积液中，将镍板或铂板作为阳极，在所述不锈钢材料表面进行第一次电沉积，所述第一次电沉积的温度为40-80℃，电流密度为0.1-5A/dm2，电沉积时间为50-1000s；(3)在步骤(2)得到的不锈钢材料表面进行第二次电沉积，所述第二次电沉积的温度为40-80℃，所述第二次电沉积的电流密度比所述第一次电沉积的电流密度大7-10A/dm2，所述第二次电沉积时间短于第一次电沉积时间；电沉积结束后，在所述不锈钢材料表面制得呈阵列排布的微纳结构，从而得到超疏水不锈钢表面涂层；所述超疏水不锈钢表面涂层包括呈阵列排布的微纳结构，所述微纳结构包括微米级尖锥和纳米级晶须，所述纳米级晶须以所述微米级尖锥为中心向外辐射形成花瓣状结构，所述微纳结构的材质包括镍、铜和镍铜合金中的至少一种。优选地，所述第二次电沉积的电流密度为8-15A/dm2，所述第二次电沉积的时间为1s-500s。优选地，将步骤(3)得到的表面具有微纳结构涂层的不锈钢材料置于温度为10℃-40℃和湿度为10％-50％的环境中储存5d-30d，所述微纳结构的表面被氧化，从而得到超疏水不锈钢表面涂层。优选地，所述电沉积液中的镍盐和/或铜盐的浓度为0.1-3mol/L。优选地，所述电沉积液还包括0.1-1mol/L的络合剂和0.1-3mol/L的结晶调节剂，所述络合剂为柠檬酸盐、硼酸盐和乙酸盐中的一种或几种，所述结晶调节剂为乙二胺盐酸盐。优选地，所述电沉积液的pH值为1.0-7.0。本专利技术第二方面提供的一种超疏水不锈钢表面涂层的制备方法，通过定向电沉积法在不锈钢材料表面直接沉积制备涂层，制备方法简单易操作，无需模板，且不受不锈钢材料形状限制，制得的超疏水不锈钢表面涂层表面由微米级尖锥和纳米级晶须组成，呈阵列状分布，具有较好的超疏水性能和抗细菌黏附性能，无须经过有机低表面能物质修饰，降低了成本，减少了工艺流程，且可以调控沉积形貌的生长和尺寸大小。综上，本专利技术有益效果包括以下几个方面：1、本专利技术提供的超疏水不锈钢表面涂层包括呈阵列排布的微纳结构，其精细的微纳二维结构与低表面能特性发挥了截留空气的作用，可以阻隔腐蚀介质、细菌、蛋白的侵蚀和黏附，从而实现防腐防污性能；2、本专利技术提供的超疏水不锈钢表面涂层的制备方法，制备方法简单易操作，降低了成本，减少了工艺流程，且可以调控沉积形貌的生长和尺寸大小。附图说明图1为本专利技术实施例1制得的超疏水不锈钢表面涂层的微观形貌图；图2为本专利技术实施例1制得的微米级尖锥通过原子力显微镜观察的形貌图；图3为本专利技术实施例1制得的超疏水不锈钢表面涂层的亲水性宏观测试和接触角测试图。具体实施方式以下所述是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本专利技术的保护范围。第一方面，本专利技术提供了一种超疏水不锈钢表面涂层，超疏水不锈钢表面涂层包括呈阵列排布的微纳结构，微纳结构包括微米级尖锥和纳米级晶须，纳米级晶须以微米级尖锥为中心向外辐射形成花瓣状结构，微纳结构的材质包括镍、铜和镍铜合金中的至少一种。本专利技术中，超疏水不锈钢表面涂层设置在不锈钢材料表面。本专利技术中，微米级尖锥的高度为0.1μm-0.7μm。本专利技术中，微米级尖锥的高度为0.4μm-0.6μm。本专利技术中，微米级尖锥的平均直径为0.4μm-0.6μm。本专利技术中，微米级尖锥的平均直径为0.4μm、0.5μm或0.6μm。本专利技术中，相邻微米级尖锥之间的距离为0.2μm-0.3μm。本专利技术中，纳米级晶须的长度为100nm-250nm。本专利技术中，纳米级晶须的长度为200nm。本专利技术中，微纳结构的表面具有氧化层，氧化层的厚度为10nm-100nm。本专利技术中，氧化层的厚度为10nm-50nm。本专利技术中，氧化层的厚度为10nm-20nm。本专利技术中，氧化层为氧化镍和/或氧化铜。本专利技术中，超疏水不锈钢表面涂层包括呈阵列排布的微纳结构，微纳结构包括微米级尖锥和纳米级晶须，微米级尖锥和纳米级晶须的表面被氧化形成氧化层，氧化层的表面能较低，可以阻隔腐蚀介质、细菌、蛋白的侵蚀和黏附。本专利技术第一方面提供的超疏水不锈钢表面涂层，纳米级晶须以微米级尖锥为中心向外辐射形成花瓣状结构，其精细的微纳二维结构与低表面能特性发挥了截留空气的作用，可以有效阻隔腐蚀介质、细菌、蛋白的侵蚀和黏附，从而可以实现防腐防污性能。第二方面，本专利技术提供了一种超疏水不锈钢表面涂层的制备方法，包括：(1)提供不锈钢材料，将不锈钢材料进行预处理；(2)将预处理后的不锈钢材料作为阴极浸泡在含镍盐和/或铜盐的电沉积液中，将镍板或铂板作为阳极，在不锈钢材料表面进行第一次电沉积，第一次电沉积的温度为40-80℃，电流密度为0.1-5A/dm2，电沉积时间为50-1000s；(3)在步骤(2)得到的不锈钢材料表面进行第二次电沉积，第二次电沉积的温度为40-80℃，第二次电沉积的电流密度比第一次本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超疏水不锈钢表面涂层，其特征在于，所述超疏水不锈钢表面涂层包括呈阵列排布的微纳结构，所述微纳结构包括微米级尖锥和纳米级晶须，所述纳米级晶须以所述微米级尖锥为中心向外辐射形成花瓣状结构，所述微纳结构的材质包括镍、铜和镍铜合金中的至少一种。

【技术特征摘要】
1.一种超疏水不锈钢表面涂层，其特征在于，所述超疏水不锈钢表面涂层包括呈阵列排布的微纳结构，所述微纳结构包括微米级尖锥和纳米级晶须，所述纳米级晶须以所述微米级尖锥为中心向外辐射形成花瓣状结构，所述微纳结构的材质包括镍、铜和镍铜合金中的至少一种。2.如权利要求1所述的超疏水不锈钢表面涂层，其特征在于，所述微纳结构的表面具有氧化层，所述氧化层的厚度为10nm-100nm。3.如权利要求1所述的超疏水不锈钢表面涂层，其特征在于，所述微米级尖锥的高度为0.1μm-0.7μm，平均直径为0.4μm-0.6μm，相邻所述微米级尖锥之间的距离为0.2μm-0.3μm。4.如权利要求1所述的超疏水不锈钢表面涂层，其特征在于，所述纳米级晶须的长度为100nm-250nm。5.一种超疏水不锈钢表面涂层的制备方法，其特征在于，包括：(1)提供不锈钢材料，将所述不锈钢材料进行预处理；(2)将预处理后的不锈钢材料作为阴极浸泡在含镍盐和/或铜盐的电沉积液中，将镍板或铂板作为阳极，在所述不锈钢材料表面进行第一次电沉积，所述第一次电沉积的温度为40-80℃，电流密度为0.1-5A/dm2，电沉积时间为50-1000s；(3)在步骤(2)得到的不锈钢材料表面进行第二次电沉积，所述第二次电沉积的温度为40-80℃，所述第二次电沉积的电流密度比所述第一次电沉积的电流密度大7-10A/dm2，所述第二次电...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵颖，蒋斌，曾利兰，梁涛，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44