一种电解等离子体制备铝合金抗粘附表面的方法技术

本发明专利技术公开了一种电解等离子体制备铝合金抗粘附表面的方法。首先用金刚砂纸对铝合金片进行打磨，然后将其依次用丙酮和无水乙醇进行不少于20min的超声波清洗，恒温干燥箱烘干后放入预先配置好的硫酸钠（Na2SO4）、柠檬酸铵（C6H5O7(NH4)3）混合电解液中，铝合金片作阳极，不锈钢槽接阴极，两者之间施加300~500V的直流电压进行电解等离子体处理，构造微纳米双重阶层微观结构，然后放入去离子水中进行5min的超声波清洗以去除表面残留的反应生成物，再用十三氟辛基三乙氧基硅烷（C8F13H4Si(OC2H5)3）乙醇溶液进行10min的修饰，最后获得低润湿性的抗粘附表面。采用该方法获得的铝合金表面具有较低的润湿性和粘附性，以及良好的耐磨性，本发明专利技术方法无需危险的化学试剂及复杂昂贵的设备，工艺简单，重复性好，具有较强的工程应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种电解等离子体制备铝合金抗粘附表面的方法
本专利技术属于功能材料、金属表面改性和防护领域，特别涉及一种电解等离子体制备铝合金抗粘附表面的方法。
技术介绍
模具与制品间的粘附力过大是使制品脱模困难的主要原因，粘附过程是一个复杂的物理、化学过程。粘附现象的产生是两相界面分子彼此接触，导致分子经过运动建立最合适的构型以达到吸附平衡，随后形成的分子间范德华力或跨越界面的化学键作用导致接触界面间各种粘附现象的产生。由粘附理论可知，模具与制品间的粘附强度，即粘附力不仅取决于界面力，还取决于接触界面状态和两本体相的机械性质。鉴于铝合金优良的品质及性能，近年来被广泛应用于注塑、吹塑、吸塑及各类型模具等方面，涉及机械、电子、汽车、航空、轻工、医疗等制造领域。铝合金模具型腔的表面质量是决定制品质量及模具使用寿命的关键因素。一直以来，人们在保证型腔尺寸精度和形状精度的前提下，主要通过降低表面粗糙度、提高表面硬度等手段来改善模具表面状况。在使用性能方面，更多的是考虑其耐磨性、耐蚀性等要求。传统理论认为，若铝合金模具表面越光滑、接触界面的粗糙度越低，则模具与制品间的粘附力越小。于是人们尽量从提高模具表面的加工精度、降低表面粗糙度的角度入手，通过机械抛光、化学抛光、电解抛光（申请号为CN103484928A、CN101173361A的中国专利）、超声波抛光、流体抛光、磁力抛光等方法，希望实现铝合金模具表面抗粘附性能的改善。这种高精或超精加工对于界面法向粘附力的改善有着直接影响，但是对于降低界面切向粘附力的效果并不明显。近年来，注塑、模压、层压、挤出等模具工艺的迅速发展，促进了脱模技术的更新换代，相继出现了脱模剂法、电渗法、表面改性法以及界面充气、充液和加热法等多种提高模具表面抗粘附性能的方法。其中，脱模剂（申请号为CN10838581A的中国专利）的应用和含铬镀层的处理最为普遍。虽然脱模剂是一种介于模具和制品之间的功能性物质，能够防止橡胶、塑料等高聚物和其它材料的制品粘附到模具型腔表面，但脱模剂的使用场合常受到限制，难以控制，甚至带来产品质量缺陷——脱模剂使用过多，会影响制品外观，对制品彩饰也会产生不良后果，严重时，会使液体物料不能融合，橡塑制品表面形成线状熔接痕，极大地削弱制品的机械强度；脱模剂使用不足，又会造成脱模困难，而脱模不良，可造成制品表面白化、扭曲变形以致破裂等缺陷，甚至损伤铝合金模具。此外，在模具型腔表面镀铬、镀镍-磷-聚四氟乙烯等功能层，这些方法尽管能够降低高聚物的粘附力，利于胶料流动、减少制品脱模力，但镀层与基体结合强度较低，容易磨损，甚至会出现局部镀层片状脱落等现象，使得铝合金模具表面失去抗粘附这一重要性能。目前，随着工程仿生学的发展，人们通过观察和研究自然界中各种生物的表面微观结构与化学组成，发现生活在粘湿土壤中的蜣螂、布甲、蚯蚓等动物的某些触土部位是由凹坑、凸包、条纹等单元体形态组成，这种多尺度微观结构正是动物体表具有良好的减粘脱附性能的重要原因。因此，通过分析多尺度微观结构与表面性质的关系，基于仿生学、界面化学等理论，运用现代加工技术，可以在铝合金模具表面制备出具有抗粘附性能的多尺度微观结构表面。当前，铝合金模具抗粘附表面研究在理论分析和制备技术两个方面得到快速发展，在制备方法上主要有模板法（Thieme,M.;Frenzel,T.;Schmidt,S.;Simon,F.;Henning,A.;Worch,H.;Lunkwitz,K.;Scharnweber,D.AdvancedEngineeringMaterials2001,3,691-695）、脱模剂法（申请号为CN200480014225、CN201010251860的中国专利）、激光刻蚀法（Shan,H.Y.;Zhou,H.;Sun,N.;Ren,L.Q.;Chen,L.;Li,X.Z.JournalofMaterialsProcessingTechnology2008,199,221-229）、电化学沉积/刻蚀法（Qian,B.T.;Shen,Z.Q.Langmuir2005,21,9007-9009）、溶胶-凝胶法（Yang,H.;Pi,P.H.;Cai,Z.Q.;Wen,X.F.;Wang,X.B.;Cheng,J.;Yang,Z.R.AppliedSurfaceScience2010,256,4095-4102）、阳极氧化法（Wang,H.;Dai,D.;Wu,X.D.AppliedSurfaceScience2008,254,5599-5601）、等离子体聚合法（Efimenko,K.;Genzer,J.;AdvancedMaterials2001,13,1560-1593）等。上述方法存在一定的不足:（1）化学刻蚀法需使用强酸、强碱等强腐蚀性化学试剂，对操作人员和环境的危害大；（2）化学沉积法所需的加工时间长，约20h；（3）激光刻蚀法需要昂贵的激光发射器等设备，且受到设备空间的限制，很难实现大面积加工；（4）溶胶凝胶法需要预先制备出二氧化硅硅胶溶液，该溶液的制备时间较长。此外，上述方法大多将抗黏附表面原本存在复杂耦合关系的表面粗糙度、表面微观形貌、表面化学组成割裂开来进行单独仿制，常常以耐磨性、耐蚀性等性能的牺牲或忽略为代价，来实现铝合金模具表面抗黏附这一单一性能。实际应用中，表面是否具有良好的耐磨特性也是评价铝合金模具好坏的一项重要指标。因此，如何使用一种简单、高效、安全的方法在铝合金模具基体上制备抗粘附耐磨表面显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种电解等离子体制备铝合金抗粘附表面的方法，通过微纳米双重阶层微观结构的构建、含氟材料的修饰，显著提高铝合金工作表面的抗粘附性能，从而解决铝合金模具与制品粘附严重的问题。一种电解等离子体制备铝合金抗粘附表面的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：A、采用浓度为1~5%的柠檬酸铵(C6H5O7(NH4)3)水溶液和浓度为0.5%~2%的硫酸钠(Na2SO4)水溶液作为混合电解质溶液，将该电解液温度加热并维持在60-80℃范围内；B、将铝合金片用320#和2000#的金刚石砂纸依次进行打磨；C、将打磨后的铝合金片依次浸泡在丙酮和无水乙醇溶液中，进行超声波清洗不少于20min；D、清洗后的铝合金片放入恒温干燥箱中进行风干；E、将待处理的铝合金片为阳极，不锈钢槽为阴极，二者之间施加300~500V的直流电压以产生电解等离子体进行1~5min的加工，得到具有微纳米双重微观结构的铝合金表面；F、将电解等离子体处理后的铝合金试片放入去离子水中进行5min的超声波清洗以去除表面残留的反应生成物；G、将清洗处理后的铝合金片浸泡在温度维持在60℃的十三氟辛基三乙氧基硅烷(C8F13H4Si(OC2H5)3)乙醇溶液中，时间不少于2min；H、取出被浸泡后的铝合金片，依次进行无水乙醇、丙酮淋洗，烘干后便可获得抗粘附表面。由上述专利技术技术方案可以看出，本专利技术的一种电解等离子体制备铝合金抗粘附表面的方法，首先用金刚砂纸对铝合金片进行打磨，然后将其依次用丙酮和无水乙醇进行不少于20min的超声波清洗，恒温干燥箱烘干后放入预先配置好的硫酸钠(Na2SO4)、柠檬酸铵(C6H5O7(NH4)3)混合电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电解等离子体制备铝合金抗粘附表面的方法，其特征在于该方法依次包括以下步骤：A、采用浓度为1~5%的柠檬酸铵（C6H5O7(NH4)3）水溶液和浓度为0.5%~2%的硫酸钠（Na2SO4）水溶液作为混合电解质溶液，将该电解液温度加热并维持在60‑80°C范围内；B、将铝合金片用320#和2000#的金刚石砂纸依次进行打磨；C、将打磨后的铝合金片依次浸泡在丙酮和无水乙醇溶液中，进行超声波清洗不少于20min；D、清洗后的铝合金片放入恒温干燥箱中进行风干；E、将待处理的铝合金片为阳极，不锈钢槽为阴极，二者之间施加300~500V的直流电压以产生电解等离子体进行1~5min的加工，得到具有微纳米双重微观结构的铝合金表面；F、将电解等离子体处理后的铝合金试片放入去离子水中进行5min的超声波清洗以去除表面残留的反应生成物；G、将清洗处理后的铝合金片浸泡在温度维持在60℃的十三氟辛基三乙氧基硅烷（C8F13H4Si(OC2H5)3）乙醇溶液中，时间不少于2min；H、取出被浸泡后的铝合金片，依次进行无水乙醇、丙酮淋洗，烘干后便可获得抗粘附表面。

【技术特征摘要】
1.一种电解等离子体制备铝合金抗粘附表面的方法，其特征在于该方法依次包括以下步骤：A、采用浓度为1~5%的柠檬酸铵（C6H5O7(NH4)3）水溶液和浓度为0.5%~2%的硫酸钠（Na2SO4）水溶液作为混合电解质溶液，将该电解液温度加热并维持在60~80℃范围内；B、将铝合金片用320#和2000#的金刚石砂纸依次进行打磨；C、将打磨后的铝合金片依次浸泡在丙酮和无水乙醇溶液中，进行超声波清洗不少于20min；D、清洗后的铝合金片放入恒温干燥箱中进行风干；E、将待处理的铝...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟建兵，董小娟，魏修亭，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37