一种超疏水金属表面的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超疏水金属表面的制备方法，即通过电镀镀铜的方法在一些常用工程材料(铜、铁、不锈钢、镍、铝、铝合金以及通过化学镀覆盖上述金属的高分子型材)的表面构建微米级结构，再利用化学镀银的方式构建纳米级结构，然后通过十八硫醇等低表面能物质进行修饰获得优良、稳定的超疏水性。该方法适用范围广，在纯金属、合金以及镀金属高分子型材上均能使用，所得表面性能稳定可靠、膜基结合力强，耐腐蚀性尤其是耐酸性好，可广泛应用于自清洁、防水除湿、抗腐蚀、流体减阻、防冰霜、冷凝换热等领域，具备工业化价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料基体表面改性领域，具体涉及一种超疏水金属表面的制备方法。
技术介绍
表面润湿性是工程材料的一个重要物理性质，其好坏在某种程度上决定着该材料的应用领域。衡量一种液体在某一固体表面的润湿性的好坏程度可通过接触角判断，它是液/气界面与固体表面之间(包括液体相部分)的夹角。超疏水表面是指静态接触角(CA)大于150°并且滚动角(SA)小于10°的表面，因其在自清洁、防水除湿、抗腐蚀耐氧化、抗结冰结霜、流体运输减阻、传热强化等方面有广泛应用而备受关注。材料表面的超疏水性取决于表面的化学成分和微观形貌，相应地，超疏水表面的制备方法主要着眼于两点：在疏水材料上构建粗糙结构；对粗糙表面进行疏水化修饰。目前超疏水表面的制备主要采用刻蚀法、涂覆法、直接浸泡法、电化学法、喷砂法、氧化法等，研究者采用上述方法在某种金属或复合材料上实现了表面的超疏水性，如中国专利CN101476121A利用低压氧化法在铜表面制备了超疏水薄膜，CN102615036A采用浸泡法制备了钢基体的超疏水表面，CN101191227A经过喷砂和去砂处理制备出具有超疏水钛合金表面，CN101885257A及CN102310037A分别采用浸泡或淋涂法在铝和铝合金上实现了超疏水性，CN101830098A采用涂覆的方法在碳纤维等聚合物基复合材料上取得了超疏水效果。然而以上大部分工艺存在着成本昂贵、过程复杂耗时、不易控制、稳定性差、适用基体单一等不足之处，所制得的表面也普遍存在着结合力差、不耐腐蚀等缺点，难以实现产业化应用与推广，因此，为了满足工业生产及工业应用的需要，开发一种方便快捷、通用性强而又稳定性好的超疏水表面制备方法尤为重要。
技术实现思路
针对现有技术的不足和局限性，本专利技术要解决的技术问题是提供一种基体适用范围广的超疏水表面制备方法，即通过电镀镀铜-化学镀银构建金属表面微纳二级结构，再采用低表面能物质修饰获得稳定超疏水性和耐腐蚀性的表面。 本专利技术公开了一种超疏水金属表面的制备方法，包括如下步骤： (1)对基体金属表面进行预处理，除去表面油脂和氧化层； (2)电镀镀铜； (3)化学镀银； (4)将电镀镀铜、化学镀银后的基体金属表面进行修饰、热处理、冷却，得到超疏水金属表面。 所述基体为紫铜、黄铜、不锈钢、镍、铁、铝、铝合金和通过化学镀方式覆盖有上述金属的高分子型材。 所述步骤(1)中预处理为将金属表面抛光，依次用去离子水、有机溶剂、稀盐酸和去离子水超声清洗以去除表面油脂和氧化层。 所述有机溶剂为乙醇、丙酮、甲醇中任意一种，所述稀盐酸浓度为0.1～1.0mol/L，超声清洗时间各为5～15min。 所述步骤(2)中电镀镀铜为将预处理后的基体作为阴极板，紫铜板作为阳极板置于电镀槽中进行恒流电镀或脉冲电镀，其中，电镀镀铜的镀液浓度为60～400g/L的CuSO4·5H2O溶液和40～150ml/L的H2SO4溶液，电镀温度范围为15～45℃，电镀时间5～30min；所述恒流电镀电流密度为0.05～0.50A/cm2，所述脉冲电镀电流变换周期为6～20s，高低峰电流持续时间比为3:7～7:3，高峰电流密度为0.10～0.50A/cm2，低峰电流密度为0.05～0.15A/cm2。 优选地，所述恒流电镀电流密度为0.06～0.22A/cm2，恒流电镀温度为20～30℃，电镀时间为15～20min；脉冲电镀电流变换周期为12～18s，高低峰电流持续时间比为5:5～7:3，高峰电流密度为0.10～0.20A/cm2，低峰电流密度为0.08～0.15A/cm2，脉冲电镀温度为25～35℃，电镀时间为8～15min，电镀镀铜的镀液为CuSO4·5H2O和浓H2SO4的混合溶液，其浓度分别为125～300g/L和50～100ml/L。 所述步骤(3)中化学镀银为将镀铜后的基体置于去离子水中超声清洗5～15min，然后将其沿壁面垂直置于镀银液中，镀面向内，并固定，镀银操作条件为温度15～40℃，反应时间2～10min，对镀液进行搅拌，所述化学镀液中AgNO3浓度为2～15g/L，NaS2O3·5H2O浓度为30～110g/L，柠檬酸钠浓度为50～150g/L。 优选地，所述化学镀液中AgNO3浓度为2～5g/L，NaS2O3·5H2O浓度为60～100g/L，柠檬酸钠浓度为80～130g/L，超声清洗时间为5～10min，镀银温度为15～22℃，反应时间为5～8min。 所述步骤(4)为将电镀镀铜-化学镀银后的基体放入浓度为0.5％～7.0％的氟硅烷乙醇溶液或浓度为0.02％～0.5％的正十八硫醇乙醇溶液中修饰0.5～3h，随后在60～150℃烘箱中热处理5～20min，取出冷却。 所述基体表面修饰时间优选1～2h；热处理温度优选90～120℃，时间优选5～12min。 所述修饰液氟硅烷浓度优选为0.5～3.0％，正十八硫醇乙醇浓度优选为0.05～0.40％。 本专利技术的有益效果在于： (1)本专利技术的基体适用范围广，方法通用性强，采用低电流预镀的方式，消除了不同基底的差别，大大扩展了方法的适用范围，克服了普通方法仅适用于特定金属或合金的缺陷，在黄铜、紫铜、铁、铝、铝合金、镍、不锈钢以及通过化学镀覆盖上述金属的高分子板材上均能实现超疏水金属表面。 (2)本专利技术的基体金属表面先利用电镀镀铜构建微米级结构，再利用化学镀银的方式构建纳米级结构，然后通过正十八硫醇等低表面能物质进行修饰获得了优良、稳定的超疏水性表面实现了稳定的超疏水性，接触角均达157°以上，滚动角在4°以下，黄铜、紫铜、铝板滚动角接近0°。所制备的超疏水表面在pH1-14的广泛范围内接触角依然能够保持在157°以上，具有良好的pH稳定性。通过膜基结合力检测，均未出现疏水层剥离、脱落现象，符合GB/T5270–2005《金属基体上的金属覆盖层、电沉积和化学沉积层附着强度试验方法评述》标准评价，表明疏水层与基底结合良好。 (3)本专利技术利用脉冲电镀的方式构建超疏水表面，与恒流法相比，脉冲法可控条件更多，且易于构建多层次的粗糙结构，这种多层次镀层沉积过程，有效增强了镀层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超疏水金属表面的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)对基体金属表面进行预处理，除去表面油脂和氧化层；(2)电镀镀铜；(3)化学镀银；(4)将电镀镀铜、化学镀银后的基体金属表面进行修饰、热处理、冷却，得到超疏水金属表面。

【技术特征摘要】
1.一种超疏水金属表面的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)对基体金属表面进行预处理，除去表面油脂和氧化层；
(2)电镀镀铜；
(3)化学镀银；
(4)将电镀镀铜、化学镀银后的基体金属表面进行修饰、热处理、冷却，
得到超疏水金属表面。
2.如权利要求1所述的超疏水金属表面的制备方法，其特征在于：所述基体为
紫铜、黄铜、不锈钢、镍、铁、铝、铝合金和通过化学镀方式覆盖有上述金属
的高分子型材。
3.如权利要求1所述的超疏水金属表面的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)
中预处理为将金属表面抛光，依次用去离子水、有机溶剂、稀盐酸和去离子水
超声清洗以去除表面油脂和氧化层。
4.如权利要求3所述的超疏水金属表面的制备方法，其特征在于：所述有机溶
剂为乙醇、丙酮、甲醇中任意一种，所述稀盐酸浓度为0.1～1.0mol/L，超声清洗
时间各为5～15min。
5.如权利要求1所述的超疏水金属表面的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)
中电镀镀铜为将预处理后的基体作为阴极板，紫铜板作为阳极板置于电镀槽中
进行恒流电镀或脉冲电镀，其中，电镀镀铜的镀液为CuSO4·5H2O和浓H2SO4的混合溶液，其浓度分别为60～400g/L和40～150ml/L，电镀温度范围为15～45
℃，电镀时间5～30min；所述恒流电镀电流密度为0.05～0.50A/cm2，所述脉冲
电镀电流变换周期为6～20s，高低峰电流持续时间比为3:7～7:3，高峰电流密度
为0.10～0.50A/cm2，低峰电流密度为0.05～0.15A/cm2。
6.如权利要求5所述的超疏水金属表面的制备方法，其特征在于：所述恒流电
镀电流密度为0.06～0.22A/cm2，恒流电镀温度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：张谦，曹凯，陈福明，吴思国，王丹丹，
申请(专利权)人：深圳清华大学研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44