超疏水铝合金表面制备方法及超疏水铝合金表面技术

本发明专利技术公开了一种超疏水铝合金表面制备方法及超疏水铝合金表面，其中超疏水铝合金表面制备方法主要包括如下步骤：铝基材预处理，包括切割、打磨、抛光和清洗；光刻处理，清洗烘干；先用80℃的、浓度为0.05M的NaOH刻蚀4.5‑5.5分钟；再用100℃沸水处理45‑50分钟；清洗并烘干；后处理。本发明专利技术的方法在保证超疏水铝合金表面性能的同时，能够降低了制备难度和操作复杂度，降低超疏水铝合金表面的制作成本，适用于大规模应用。

Surface preparation method of super hydrophobic aluminum alloy and surface of super hydrophobic aluminum alloy

The invention discloses a Aluminum Alloy super hydrophobic surface preparation method and surface super hydrophobic Aluminum Alloy, which Aluminum Alloy super hydrophobic surface preparation method mainly comprises the following steps: aluminum substrate pretreatment, including cutting, grinding, polishing and cleaning; lithography processing, cleaning and drying; first with the concentration of 80 DEG C, NaOH 4.5 etching of 0.05M 5.5 minutes; then 100 degrees 50 minutes 45 boiling water treatment; cleaning and drying; postprocessing. The method of the invention can reduce the preparation difficulty and the operation complexity while guaranteeing the surface performance of the super hydrophobic aluminum alloy, and can reduce the manufacturing cost of the surface of the super hydrophobic aluminum alloy, and is suitable for large-scale application.

【技术实现步骤摘要】
超疏水铝合金表面制备方法及超疏水铝合金表面
本专利技术属于铝合金材料改性领域，尤其是一种超疏水铝合金表面制备方法，以及才用该制备方法制备的超疏水铝合金表面。
技术介绍
飞机结冰是指飞机迎风表面发生冰层聚集的现象。飞机表面结冰改变了飞机的外形，增加了表面的粗糙度，从而改变了飞机的气动特性和性能，或使发动机失效。基于表面改性原理的主动防冰思路是目前重要的发展方向。研究表明：利用超疏水表面的抗水性，可以减少甚至阻止冰霜在超疏水表面的形成，达到防冰的目的。利用超疏水表面防冰相比于传统方法更为安全、环保、低成本、低能耗，更为符合现代对新型飞机的轻量化和高燃油经济性的设计要求。现有技术已经制备出了具有极大静态接触角和极小滚动角的高性能超疏水表面，但是这些制备方法需要昂贵而复杂的精密设备，并且制备过程复杂，从而仅停留在实验研究阶段，难以实现大规模工业化生产，不能够成熟地应用到飞行器部件表面大面积的微纳二级结构的构建。因此，申请人认为，如何通过简单的方法降低制备超疏水表面的成本、得到持久性优异的超疏水表面、完善覆冰表征设备、模拟实际工况条件、探究超疏水表面防覆冰性能都将是今后实验研究的主攻方向。
技术实现思路
专利技术目的：为了解决现有技术存在的上述问题，提供一种超疏水铝合金表面制备方法，以降低超疏水表面的成本，使其能够大规模应用。同时，进一步提供一种采用上述制备方法制备的超疏水铝合金表面。技术方案：一种超疏水铝合金表面制备方法，包括如下步骤：S1、铝基材预处理，包括切割、打磨、抛光和清洗；S2、光刻处理，清洗烘干；S3、先用80℃的、浓度为0.05M的NaOH刻蚀4.5-5.5分钟；再用100℃沸水处理45-50分钟；S4、清洗并烘干；S5、后处理。在进一步的实施例中，所述S1中，所述铝基材为含量99.5%的工业纯铝。在进一步的实施例中，所述S2光刻处理进一步为：设计掩膜版、涂胶、匀胶、曝光、显影、后烘、采用NaNO3溶液为电解液，室温蚀刻1.5-2.5分钟，得到具有微米阵列结构表面。在进一步的实施例中，所述S5的后处理包括：含1%十七氟癸基三甲氧基硅烷的乙醇溶液中室温浸渍18~28h，在115℃~125℃保温1.5~2.5h后，获得具微纳米二级结构的超疏水表面试样。在进一步的实施例中，所述S2中，铝基材表面依次使用丙酮、无水乙醇、蒸馏水超声清洗并烘干。在进一步的实施例中，所述步骤S2中，采用SU-82005光刻负胶。一种采用上述任一制备方法制得的超疏水铝合金表面。有益效果：在保证超疏水铝合金表面性能的同时，本专利技术降低了制备难度和操作复杂度，能够降低超疏水铝合金表面的制作成本，适用于大规模应用。附图说明图1是本专利技术掩膜板的示意图。图2a和图2b分别是光刻刻蚀前铝基表面的整体形貌图和单一凹坑形貌图。图3是光刻刻蚀后铝基表面的形貌图。图4是不同浓度的NaOH处理溶液与表观接触角的关系示意图。图5是不同NaOH处理时间与表观接触角的关系示意图。图6是不同沸水处理时间与表观接触角的关系示意图。具体实施方式为了解决现有技术存在的技术问题，申请人进行了深入地研究。根据已有的知识，引起表面超疏水现象的根本原因是微米结构与纳米结构复合的二级阶层结构。如何准备该结构，获得超疏水表面是研究重点。当前的主要方法包括化学刻蚀法、水热合成法、溶胶凝胶法、电化学法或者阳极氧化法，再通过低表面能的有机材料降低表面自由能获得。例如，有人采用NaOH溶液浸渍法腐蚀铝合金，然后涂覆C9F20或者PDMSVT，这种方法过程相对复杂，而且NaOH的溶度较高，大规模应用会造成较大的污染。另外，其他现有技术通过化学刻蚀的方法经氟化处理，制备多晶铝合金超疏水表面。或者，通过水热合成法或者通过热喷涂方法形成超疏水表面。上述方法在实验室中能够获得相对较好的产品，但是生产方法复杂，成本高，影响因素多，难以实现大规模工业化生产。如何设计一种新的、能够降低生产成本和复杂度的方法是目前亟需解决的问题。为此，提供了如下一种新的制备方法。实施例1在实施例包括如下步骤：S1、铝基材预处理，包括切割、打磨、抛光和清洗；所述铝基材为含量99.5%的工业纯铝。S2、光刻处理，清洗烘干；光刻处理进一步为：设计掩膜版、涂胶、匀胶、曝光、显影、后烘、采用NaNO3溶液为电解液，室温蚀刻1.5-2.5分钟，得到具有微米阵列结构表面。在后烘步骤中，铝基材表面依次使用丙酮、无水乙醇、蒸馏水超声清洗并烘干。采用SU-82005光刻负胶。S3、先用80℃的、浓度为0.05M的NaOH刻蚀4.5-5.5分钟；再用100℃沸水处理45-50分钟；S4、清洗并烘干；S5、后处理，后处理具体包括：含1%十七氟癸基三甲氧基硅烷的乙醇溶液中室温浸渍18~28h，在115℃~125℃保温1.5~2.5h后，获得具微纳米二级结构的超疏水表面试样。实施例2该实施例包括如下步骤：（1）以含量99.5%的工业纯铝为基体材料，经电火花线切割设备切割得到规格为15mm×15mm×2mm的片材；（2）用金相砂纸（0-6#）、金相试样抛光剂依次对基体表面进行打磨、抛光处理至无明显划痕；（3）抛光后试样用去离子水冲洗干净，使用无水乙醇超声清洗30min后烘干；（4）结合对微米阵列结构尺寸、排布等方面的设计，对光滑试样表面进行光刻处理。拟制备凹坑结构表面，采用SU-82005光刻负胶、如图1所示的掩模板。图中深色正方形部分为非曝光区，浅色部分为曝光区，非曝光区的形状即经显影后凹坑的投影形状，为130μm×130μm，正方形之间的间距相同，为100μm。经涂胶、匀胶、烘胶、曝光、显影、后烘后，采用电解加工的方法，以10%的NaNO3溶液为电解液、电压设定为10V，室温下刻蚀2min，得到具有微米阵列结构表面；（5）经光刻处理后，试样表面依次使用丙酮、无水乙醇、蒸馏水超声清洗并烘干；（6）采用两步刻蚀法处理，先将试样用80℃、浓度分别为0.01M，0.05M，0.1M，0.15M，0.2M的NaOH溶液刻蚀处理，处理时间分别设定为1min，3min，7min，9min，处理后用去离子水清洗试样表面、烘干，再采用100℃沸水处理，处理时间分别为10min，20min，30min，40min，50min；（7）经两步刻蚀处理后试样表面用去离子水冲洗试样表面并烘干；（8）将试样在含1%十七氟癸基三甲氧基硅烷的乙醇溶液中室温浸渍24h，在120℃保温2h后，获得具微纳米二级结构的超疏水表面试样。实施例3该实施例包括如下步骤：（1）以含量99.5%的工业纯铝为基体材料，经电火花线切割设备切割得到规格为15mm×15mm×2mm的片材；（2）用金相砂纸（0-6#）、金相试样抛光剂依次对基体表面进行打磨、抛光处理至无明显划痕；（3）抛光后试样用去离子水冲洗干净，使用无水乙醇超声清洗30min后烘干；（4）结合对微米阵列结构尺寸、排布等方面的设计，对光滑试样表面进行光刻处理。拟制备凹坑结构表面，采用SU-82005光刻负胶、如图1所示的掩模板。图中深色正方形部分为非曝光区，浅色部分为曝光区，非曝光区的形状即经显影后凹坑的投影形状，为130μm×130μm，正方形之间的间距相同，为100μm。经涂胶、匀胶、烘胶、曝光、显影、后烘后，采用电解加工的方法，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超疏水铝合金表面制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、铝基材预处理，包括切割、打磨、抛光和清洗；S2、光刻处理，清洗烘干；S3、先用80℃的、浓度为0.05M的NaOH刻蚀4.5‑5.5分钟；再用100℃沸水处理45‑50分钟；S4、清洗并烘干；S5、后处理。

【技术特征摘要】
1.一种超疏水铝合金表面制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、铝基材预处理，包括切割、打磨、抛光和清洗；S2、光刻处理，清洗烘干；S3、先用80℃的、浓度为0.05M的NaOH刻蚀4.5-5.5分钟；再用100℃沸水处理45-50分钟；S4、清洗并烘干；S5、后处理。2.根据权利要求1所述的超疏水铝合金表面制备方法，其特征在于，所述S1中，所述铝基材为含量99.5%的工业纯铝。3.根据权利要求1所述的超疏水铝合金表面制备方法，其特征在于，所述S2光刻处理进一步为：设计掩膜版、涂胶、匀胶、曝光、显影、后烘、采用NaNO3溶液为电解液，室温蚀刻1.5-2....

【专利技术属性】
技术研发人员：林岳宾，刘爱辉，叶玮，夏木建，鱼银虎，
申请(专利权)人：淮阴工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32