一种液态涂层及其制备方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于表面防护技术领域，涉及一种液态涂层及其制备方法和装置，适用于铝及铝合金表面防护，具有表面自清洁、表面疏液、自修复、防冰、耐蚀等多种功能。本发明专利技术仿生自然界猪笼草结构，通过构筑多孔微纳结构基底，氟化物修饰后达到疏水效果；选择表面张力20‑40mN/m，粘度100‑1800cp的润滑油，通过真空浸渍装置实现对纳米深孔的完全填充，制备得到新型液态涂层。该涂层制备工艺简单，防护性能强，盐雾960h无腐蚀，低温‑10℃48h无结冰，摩擦30min表面无损伤，解决了传统涂层易吸附环境介质、机械稳定性差、不耐久性等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种液态涂层及其制备方法和装置
：本专利技术属于表面防护
，适用于表面自清洁、自修复、耐腐蚀等功能性涂层制备的一种液态涂层及其制备方法和装置。
技术介绍
：超浸润表面是20世纪90年代迅速发展的一类新型多功能材料，其特点是将仿生理念应用于制备技术，通过设计特殊的表面微纳结构及化学物质修饰，实现超亲水、超亲油、超疏水和超疏油等功能。目前，超疏水和超光滑两类仿生表面是超浸润体系中的研究热点。基于超浸润理论研发的涂层，在自清洁玻璃、疏水性织物、减小船舶或飞机运动过程中拖曳阻力、超疏水防腐蚀、飞机表面防覆冰涂层及超浸润微流体系统等方面应用广泛。受到荷叶表面特殊浸润状态的启发，科研人员专利技术了超疏水材料。荷叶表面有微米级的凸起和纳米级的蜡状的物质，该结构可以储存气体形成气垫，阻隔空气与基底的接触；同时蜡状物质减小水对表面的浸润。因此荷叶表面可以形成稳定的Cassie状态气-液界面，使得水滴溶液滚落达到自清洁的目的。传统超疏水材料仿生荷叶微观结构特点，在自清洁、防冰防水等领域得到应用。然而越来越多的人发现超疏水涂层的不浸润效果受到很多环境因素的限制，比如在高湿度、浸泡等环境中，凸起结构中储存的气体会被液体溶解或消耗，表面从Cassie状态向Wenzel状态发生转变，疏水效果明显下降。另外，超疏水表面虽然可以延迟水滴在表面的结冰时间，但是一旦结冰，粗糙的微观凸起结构会和冰之间产生机械锚钉作用，冰附着力反而上升。基于上述种种现象，研究者开始将目光转移到油浸润超光滑涂层的表面。猪笼草为超光滑涂层的设计提供了灵感。猪笼草的叶片具有微观粗糙结构，叶片内分泌的液体可储存于粗糙结构形成一层润滑膜。这种涂层中凸起结构内储存的不是气体而是低表面能的植物油，可以将固体基底和外界液体隔离开来。超润滑涂层的液液界面比超疏水结构的气液界面更稳定，能有效的减少液滴附着，同时，液滴在超光滑表面的滚动角也非常小，可以实现自清洁疏液的功能。涂层中的液体具有流动性，即使涂层某些部位受到划伤、摩擦等导致涂层受损，润滑油能迅速流淌到产生的裂纹中，覆盖漏出的基底，实现快速修复，长效防护的作用。目前，国内在液态涂层领域的研究非常少。很多文献研究依然停留在概念或实验室条件。极少量文献(如CN105670348)制备了相关的液体涂层，如通过溶胶凝胶、沉积法等构造粗浅的多孔结构基材，在简单浸泡条件下，将润滑油浸润到多孔结构中。虽然液态涂层研究具有优异的性能得到广泛关注，但是目前仍然存在不足。笔者查阅国内外相关文献，总结分析认为超润滑涂层主要存在以下问题：1.涂层的多孔微纳结构基材虽然具备微观精细结构，但是机械稳定性较差，无法抵挡外界不可避免的冲击、摩擦、压力等作用。而多孔结构的基材是承载润滑油的主要物质，一旦基材在外界作用下坍塌，会造成受损部位的失效，使涂层丧失功能。如CN105670348提出通过溶胶凝胶法制造的基底并没有分析其强度，很难承载环境的作用力。2.液态涂层耐久性并没有进行评价。制备好的液态涂层在使用初期具有良好的疏液性，滴落的液体由于无法浸润低表面能润滑油而迅速滑走。然而液滴在滑落的过程中会带走一部分润滑油，而导致润滑油在涂层服役过程中不断减少，直至涂层失效。另外不合理的设计，如过大的孔洞难以提供足够的毛细力，润滑油易流失。专利CN105670348中通过溶胶凝胶法制备的多孔基底，粗糙度一般在微米级，锁油能力有限。3.简单的浸泡不能实现润滑油注入到纳米级深孔中。深孔能存储油量大，能提升涂层的耐久性及自修复能力，但是向纳米级深孔中注入油，是一项挑战性工作。如US2013/050364只是构建了很浅的纳米多孔层，通过简单浸泡，将润滑油浸润入孔。但是这种浅孔机械稳定性差，储油量少，限制了液态涂层的使用。因此制备具有机械稳定性、服役耐久性液态自修复涂层，对于提升涂层性能，增强涂层环境适应性，拓宽涂层使用范围，具有重要作用。本专利技术所涉及的液态涂层，改变了传统固体涂层的防护形式，通过润滑油隔绝环境介质对基底的侵蚀，同时润滑油对基底有良好润湿，具有稳定成膜性能。液体膜层的动态流淌，能快速修复划伤、摩擦产生的缺陷，增强涂层服役可靠性。本专利技术对润滑油材料、低表面能修饰物各项物性参数选控严格，着力于改善液态涂层微纳结构基底的稳定性，提高基底锁油能力，通过自制的真空浸渍装置，实现超深纳米盲孔的填充，制备具有更高实用性的液态自修复涂层。
技术实现思路
本专利技术开发一种机械稳定性好，制备工艺简单，具有疏水自修复耐腐蚀功能的液态涂层，用于防止铝及铝合金表面的水汽凝结，腐蚀液体浸润等。该液态涂层解决了固体涂层表面易吸附环境介质，难以抵抗磨损划伤缺陷的问题，通过润滑油实现良好疏液、自主修复。本专利技术提供了一种操作简单，重复性强的制备工艺，制得的涂层具有自清洁、耐腐蚀、可修复、防冰防雾的功能。本专利技术的技术方案是：一种液态涂层,所述液态涂层包括多孔微纳结构的基底层、修饰层和润滑油层。进一步，所述多孔微纳结构基底为表面粗糙并呈多孔结构的铝箔，孔径为20-500nm，粗糙度为纳米级，粗糙度控制在10nm-1000nm，所述多孔微纳结构基底的厚度为1-80μm，基底硬度为HV300-HV500。进一步，所述修饰层为氟硅烷或有机氟化物中的一种或多种，如氟硅烷中的全氟癸基三乙氧基硅烷、全氟辛基三氯硅烷、氟化物中的全氟辛基硫醇等低表面能物质的溶液中的一种或者多种。进一步，所述润滑油层为全氟聚醚、氟素润滑油、矿物油或硅油。本专利技术所述的润滑油层通过将低表面能润滑油注入多孔纳米结构中，填充于孔洞中并在表面形成的润滑油膜层，阻隔环境中液体对基底的侵蚀。一旦基底受到划伤及磨损，该润滑油的流动性使得缺陷处周围润滑油能迅速流淌到划口处，覆盖裸露的铝基底及氧化铝管壁，防止基底被侵蚀。进一步的，本专利技术所述的润滑油优选为矿物油、全氟聚醚油、硅油、离子液体等中的一种，其表面张力优选为20-40mN/m，粘度优选为10-800cp，使得凝结在表面的水能通过油快速流走。进一步的，本专利技术所述液态涂层，基底及润滑油之间需要满足的界面相互作用关系为：润滑油可以浸润粗糙的多孔微纳结构基材；能被多孔微纳结构产生的毛细力锁住，形成稳定的液态包覆界面；对腐蚀性溶液具有不浸润性，抵挡腐蚀介质的侵蚀。本专利技术的另一目的是提供制备上述的液态涂层的方法，该方法具体包括以下步骤：步骤1：制备多孔微纳结构基底：选择铝箔为基底，采用阳极氧化、微弧氧化、溶胶凝胶、化学/电化学沉积或分子组装方法，得到具有多孔微纳结构的基底；步骤2：修饰物溶液的配制及修饰工艺取修饰物和无水乙醇混合，配制浓度0.1-5％的溶液，将步骤1制备得到的多孔微纳结构的基底置于修饰液中浸泡1-3h，随后取出在烘箱中干燥1-2h；步骤3：润滑油注入在真空条件下注入润滑油实现超长长径比的微纳孔洞的完全填充，所述真空度为＜10P气压，真空时间3-5h，真空环境下浸泡30-60min。进一步，所述步骤1中的阳极氧化的具体工艺为：取纯铝丙酮清洗后，在300-500℃马弗炉中退火1-2h，取出后用丙酮清洗，用氮气吹干后，通过电解抛光，在20-25V电压，乙醇/高氯酸电解液中，抛光20-60s得到镜面光滑铝箔；在电压为195V-200V、浓度为0.3-0.5M/L磷酸溶液，温度为0-5℃水浴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液态涂层,其特征在于，所述液态涂层包括多孔微纳结构的基底层、修饰层和润滑油层。

【技术特征摘要】
1.一种液态涂层,其特征在于，所述液态涂层包括多孔微纳结构的基底层、修饰层和润滑油层。2.根据权利要求1所述的液态涂层，其特征在于，所述多孔微纳结构基底为表面粗糙并呈多孔结构的铝箔，孔径为20-500nm，粗糙度为纳米级，粗糙度控制在10nm-1000nm，所述多孔微纳结构基底的厚度为1-80μm，基底硬度为HV300-HV500。3.根据权利要求1所述的液态涂层，其特征在于，所述修饰层为氟硅烷、有机氟化物或长链烷烃中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的液态涂层，其特征在于，所述润滑油层为全氟聚醚、氟素润滑油、矿物油或硅油。5.一种制备如权利要求1-4任意一项所述的液态涂层的方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：步骤1：制备多孔微纳结构基底：选择铝箔为基底，采用阳极氧化、微弧氧化、溶胶凝胶、化学/电化学沉积或分子组装方法，得到具有多孔微纳结构的基底；步骤2：修饰物溶液的配制及修饰工艺取修饰物和无水乙醇混合，配制浓度0.1-5%的溶液，将步骤1制备得到的多孔微纳结构的基底置于修饰液中浸泡1-3h，随后取出在烘箱中干燥1-2h；步骤3：润滑油注入在真空条件下注入润滑油实现超长长径比的微纳孔洞的完全填充，所述真空度为＜10P气压，真空时间3-5h，真空环境下浸泡30-60m...

【专利技术属性】
技术研发人员：张达威，吴德权，王金伟，李晓刚，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11