一种铝基液体注入型减阻表面的制备方法技术

本发明专利技术属于金属表面处理及其改性技术领域，具体涉及一种铝基液体注入型减阻表面的制备方法。具体步骤如下：（1）通过化学刻蚀方法在铝表面制备微米级的粗糙表面；（2）通过水热合成法生成锌铝氧化物薄膜，在铝表面形成微纳协同二元结构；（3）用低表面能物质修饰，形成超疏水表面；（4）在超疏表面注入润滑油形成注入型减阻表面。制备的注入型减阻表面对水、酒精、菜籽油、工业白油等液体都具有抗润湿性，其中对水的接触角在110°左右，滑动角小于3°，而且该表面对水、酒精、15号工业白油具有良好的减阻效果。本方法简单实用，对设备要求低，所用的化学刻蚀和水热合成法技术相对成熟，可以实现大面积的减阻表面的制备，易于实现工业化制造。

Method for preparing aluminium base liquid injection type drag reduction surface

The invention belongs to the technical field of metal surface treatment and modification, in particular to a method for preparing an aluminum base liquid injection type drag reduction surface. The specific steps are as follows: (1) by chemical etching method on the surface of aluminum surface preparation micron; (2) generation of zinc aluminum oxide films by hydrothermal synthesis method, micro nano co two element structure formed on the aluminum surface; (3) modification with low surface, the formation of super hydrophobic surface; (4) in the super hydrophobic surface implanted to form a lubricating oil injection type drag surface. Preparation of injection type drag surface has anti wettability to water, alcohol, rapeseed oil, industrial white oil and other liquid, wherein the water contact angle at about 110 degrees, the sliding angle less than 3 degrees, and the surface has good drag reduction effect of water and alcohol, 15 industrial white oil. The method is simple and practical, and has low requirement for equipment. The chemical etching and hydrothermal synthesis methods are relatively mature, and the preparation of a large area of drag reduction surface can be realized, and industrial manufacture is easy to realize.

【技术实现步骤摘要】
一种铝基液体注入型减阻表面的制备方法
本专利技术属于金属表面处理及其改性
，具体涉及一种铝基液体注入型减阻表面的制备方法。
技术介绍
近年来，超疏表面的研究获得了人们的广泛关注，主要是因为超疏表面在工农业生产上和人们的日常生活中有非常广阔的应用前景。超疏表面可用于轮船的外壳和潜艇的表面达到防止海水腐蚀和防止水生物污染等效果，同时超疏水表面具有减阻的效果，可以提高其行驶速度。另外超疏表面还可以用于石油管道的运输，防止石油在管道壁的粘附，减少石油运输过程中的损耗。超疏表面之所以具有防腐蚀、减阻、自清洁等优秀的性质，主要是因为超疏表面具有粗糙的微纳结构，这种粗糙结构能捕获空气，使原来的固体表面变成了固气复合表面。由于空气的存在，使超疏表面具有一系列优良的特性，但是超疏表面的不稳定性是制约其应用到工业生产的致命因素。超疏表面会受到外界压力、温度、湿度等因素的干扰，如加大外界压力时，外界液体会进入其表面的粗糙结构中，从而使其丧失超疏的能力；同样超疏表面的防腐蚀能力也具有不稳定性，随着在海水中时间的增加，海水会慢慢溶解粗糙结构中的空气，进而使其防腐蚀能力变弱。为了克服超疏表面不稳定性的缺点，近年来人们提出了在超疏表面注入润滑油的方法制备超润滑表面。这种表面采用润滑油代替空气，大大提高了其表面的稳定性，而且该表面对任何与润滑油不相溶的液体都会有抗润湿性。这种注入型润滑表面同样具备一系列优良的表面特性，如自清洁、防腐蚀、减阻等特征，同时该表面还具有良好的自愈能力，当表面的某一部分遭到外界破坏时，其他部分的润滑油会自发的流向该部分，很快就会在其表面形成一层新的油膜，从而提高其表面的稳定性。目前，注入型润滑表面得到了人们的广泛关注，由于其超高的稳定性和优秀的自愈能力，它比超疏表面更容易实现在工业生产中的应用。注入型润滑表面的制备需要满足三个条件：一是基底表面必须具备粗糙的结构；二是基底和润滑油之间的表面能要匹配；三是润滑油和外界液体要不相溶。目前，人们已经在一些金属、玻璃基底表面制备出了注入型润滑表面，但是仍然存在设备昂贵、工艺复杂、不易大面积制备、环境污染等问题。因此研制一种使用的设备简单、成本低、工艺条件温和、无污染、易工业化生产的制备方法具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种铝基液体注入型减阻表面的制备方法，该表面不仅具有对水的抗润湿性，对其他不溶于润滑油的液体比如酒精、菜籽油、工业白油等液体也具有抗润湿性，同时具备良好的减阻性能。本专利技术将金属铝采用化学刻蚀的方法在含有氯化铜的盐酸溶液中进行刻蚀，得到微米结构的粗糙表面，然后采用水热合成的方法在其表面上进行自组装形成花瓣状的纳米级粗糙表面，从而得到微纳复合的二元粗糙表面，接着经过低表面能物质的修饰作用得到超疏水表面，最后将润滑油注入超疏水表面形成铝基液体注入型减阻表面。本专利技术为解决上述技术问题，采用的技术方案如下：一种铝基液体注入型减阻表面的制备方法，该方法包含以下工艺步骤：步骤一：采用含有氯化铜的盐酸溶液作为腐蚀溶液，将铝片浸泡入腐蚀溶液中3-6min，得到具有微米级结构的铝表面，然后将铝片在200-350℃下高温加热10-30min；步骤二：采用浓度为0.05-0.15M的六水硝酸锌和六次甲基四氨的1：1混合溶液作为水热合成溶液，将经步骤一高温加热后的铝片放置在95℃的恒温水热合成溶液中进行3-6h的水热合成，从而使铝片表面制备出具有花瓣状的微纳双重粗糙结构；步骤三：将经步骤二制备得到的表面具有花瓣状的微纳双重粗糙结构的铝片采用低表面能材料修饰后烘干，即得到铝片的铝基超疏水表面；步骤四：将润滑油注入步骤三加工得到的所述的铝基超疏水表面，待润滑油在铝基超疏水表面完全平铺开之后即得到具有抗润湿性的铝基液体注入型减阻表面。采用步骤一对铝表面进行化学刻蚀处理得到凹凸交错的台阶状粗糙表面，台阶的高度为2-5μm；采用步骤二可以在微米级粗糙表面上生长锌铝氧化物薄膜，其呈现出花瓣状结构，花瓣的厚度为50-100nm，其中薄膜的厚度、花瓣的厚度均与水热合成时溶液的浓度以及水热合成的时间有关。本专利技术相对于现有技术具有以下有益效果：（1）制备方法简单，工艺条件温和，不需要昂贵的设备，可以实现大面积制备；（2）制备的铝基液体注入型减阻表面可以适用于任何几何形状，对多种液体具有稳定的抗润湿性，并且其滑动角一般小于3°，使铝表面具有良好的自清洁和减阻性能；（3）稳定性极好，润滑油的存在可以避免高温高压对其抗润湿性带来的影响；（4）提高铝表面对海水的抗腐蚀能力的同时，也提高了铝表面对酸碱的抗腐蚀能力；（5）制备过程中无需强酸强碱，提高了生产安全性，有利于工业生产中对环境的保护。本专利技术制备的铝基注入型减阻润滑表面对多种液体具有稳定的抗润湿性，在许多方面具有良好的用途：（1）本专利技术制备的铝基注入型减阻表面，对水、酒精、菜籽油等多种液体具有稳定的抗润湿性，可用于金属表面的防污染和自清洁；（2）本专利技术制备的铝基注入型减阻表面，可用于海上运输或潜艇上，可以减小水的阻力，提高航行速度，同时具有良好的抗海水腐蚀能力；（3）本专利技术制备的铝基注入型减阻表面，对水流、酒精、15号工业白油等液体具有良好的减阻效果。具体实施方式下面对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限如此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术权利要求的保护范围内。具体实施方式一：一种铝基液体注入型减阻表面的制备方法，该方法包含以下工艺步骤：步骤一：采用含有氯化铜的盐酸溶液作为腐蚀溶液，将铝片浸泡入腐蚀溶液中3-6min，得到具有微米级结构的铝表面，然后将铝片在200-350℃下高温加热10-30min；步骤二：采用浓度为0.05-0.15M的六水硝酸锌（Zn(NO3)2·6H2O）和六次甲基四氨的1:1混合溶液作为水热合成溶液，将经步骤一高温加热后的铝片放置在95℃的恒温水热合成溶液中进行3-6h的水热合成，从而使铝片表面制备出具有花瓣状的微纳双重粗糙结构（此时铝片表面具有超亲水的性质）；步骤三：将经步骤二制备得到的表面具有花瓣状的微纳双重粗糙结构的铝片采用低表面能材料修饰后烘干，即得到铝片的铝基超疏水表面；步骤四：将润滑油注入步骤三加工得到的所述的铝基超疏水表面，待润滑油在铝基超疏水表面完全平铺开之后即得到（对水、酒精、菜籽油、工业白油）具有抗润湿性的铝基液体注入型减阻表面。具体实施方式二：具体实施方式一所述的铝基液体注入型减阻表面的制备方法，步骤三中，所述的低表面能材料为氟硅烷、长链脂肪酸或聚四氟乙烯材料。具体实施方式三：具体实施方式一所述的铝基液体注入型减阻表面的制备方法，步骤一中，所述的含有氯化铜的盐酸溶液中的氯化铜的浓度为0.1-0.3M，盐酸的浓度为0.5-2M，其中二者的浓度比为1:5。具体实施方式四：具体实施方式一所述的铝基液体注入型减阻表面的制备方法，步骤四中，所述的润滑油具有与水、酒精、菜籽油或工业白油不相溶的特性。实施例1将铝箔裁剪成3cm×2cm的矩形样片，用800目的砂纸对其进行均匀打磨，接着用2000目砂纸继续打磨直至表面光滑；然后将样片放入丙酮和乙醇溶液中各超声波清洗10min，去除样片表面的油脂等污垢，接着用去离子水本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝基液体注入型减阻表面的制备方法，其特征在于：该方法包含以下工艺步骤：步骤一：采用含有氯化铜的盐酸溶液作为腐蚀溶液，将铝片浸泡入腐蚀溶液中3‑6min，得到具有微米级结构的铝表面，然后将铝片在200‑350℃下高温加热10‑30min；步骤二：采用浓度为0.05‑0.15M的六水硝酸锌和六次甲基四氨的1:1混合溶液作为水热合成溶液，将经步骤一高温加热后的铝片放置在95℃的恒温水热合成溶液中进行3‑6h的水热合成，从而使铝片表面制备出具有花瓣状的微纳双重粗糙结构；步骤三：将经步骤二制备得到的表面具有花瓣状的微纳双重粗糙结构的铝片采用低表面能材料修饰后烘干，即得到铝片的铝基超疏水表面；步骤四：将润滑油注入步骤三加工得到的所述的铝基超疏水表面，待润滑油在铝基超疏水表面完全平铺开之后即得到具有抗润湿性的铝基液体注入型减阻表面。

【技术特征摘要】
1.一种铝基液体注入型减阻表面的制备方法，其特征在于：该方法包含以下工艺步骤：步骤一：采用含有氯化铜的盐酸溶液作为腐蚀溶液，将铝片浸泡入腐蚀溶液中3-6min，得到具有微米级结构的铝表面，然后将铝片在200-350℃下高温加热10-30min；步骤二：采用浓度为0.05-0.15M的六水硝酸锌和六次甲基四氨的1:1混合溶液作为水热合成溶液，将经步骤一高温加热后的铝片放置在95℃的恒温水热合成溶液中进行3-6h的水热合成，从而使铝片表面制备出具有花瓣状的微纳双重粗糙结构；步骤三：将经步骤二制备得到的表面具有花瓣状的微纳双重粗糙结构的铝片采用低表面能材料修饰后烘干，即得到铝片的铝基超疏水表面；步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海峰，陈伟平，刘晓为，脱艳景，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23