一种制备超疏水铜表面的方法技术

本发明专利技术提供一种制备超疏水铜表面的方法，其依次包括：表面预处理、电火花加工及表面后处理，其中所述电火花加工的电流为10‑20A、脉冲宽度为80‑160μs、占空比为40‑80％、间隙电压为20‑60V。本发明专利技术直接用电火花加工制备超疏水铜表面，无需各种化学试剂处理且电火花加工液可回收使用，减少了加工废液对环境的污染，更加环保；本发明专利技术制备超疏水铜表面的方法可配合数控系统，实现大批量工业化生产超疏水铜表面。

A method of preparation of superhydrophobic copper surface

The invention provides a method for the fabrication of superhydrophobic copper surface, which comprises: surface pretreatment, EDM and surface postprocessing, the current of the EDM is 10 20A, the pulse width of 80 160 s, 40 duty cycle 80%, gap voltage is 20 60V. The invention of direct preparation of superhydrophobic copper surface electric spark machining system, Recyclable using various chemical reagents and EDM solution, more environmental pollution is reduced, processing waste on the environment; the method for preparation of superhydrophobic copper surface with NC system, realize the industrialized production of super hydrophobic copper surface.

【技术实现步骤摘要】
一种制备超疏水铜表面的方法
本专利技术属于材料表面
，具体涉及一种制备超疏水铜表面的方法。
技术介绍
铜作为常用金属材料具有良好的导电导热性能，在日常生活和工业生产中具有广泛的应用。在换热元器件领域也常常用到铜基换热器件，但受潮湿工作环境的影响，铜基表面容易吸附空气中的游离水分，在其表面附着成水珠，并在水珠蒸发后在附着区域形成水印、腐蚀坑、灰尘垢等影响换热面工作效率的产物，给产品和设备的正常工作带来了极大的危害。因此，有必要将亲水的铜表面改性为疏水性铜表面，降低空气中游离水分的附着。近年来，研究人员受自然界中具有超疏水表面的动植物启发，制备了各种材料体系的超疏水表面，并深入研究了超疏水表面的性能及应用前景。超疏水的多重功效特点备受人们关注，如自清洁、抗冰霜、抗腐蚀、减阻等功能，具有巨大的工业应用前景。而相应的制备方法也是种类繁多，如电化学沉积、静电纺丝、湿化学反应、水热合成、相分离技术、自组装、交替沉积、离子注入法、溶液浸没法、化学气相沉积、溶胶凝胶、模板法等。这些制备方法大部分依靠化学反应的手段在材料表面制备一层微纳结构复合层，从而实现材料表面微纳化的过程，物理机械的方法仅离子注入法。并且受制备工艺特点的限制，材料表面疏水化主要以薄膜的形式存在，其机械稳定性、薄膜结合力、疏水稳定性等性能受应用环境的影响而变差甚至丧失。其次，制备方法对铜基体表面预处理要求较高，多数需要预先采用化学试剂超声清洗，清洗后产生的废液和制备过程中产生的废液需要特殊处理，增加了制备成本，更可能造成环境污染。同时，部分制备方法需对制备的超疏水表面进行二次处理，以其达到超疏水性能稳定化的效果，从而整个超疏水表面制备工艺流程繁琐复杂，影响制备效率。因此，有必要研究一种制备过程简单便利、生产过程环保且易于大批量工业化生产的方法来实现材料表面疏水性。
技术实现思路
本专利技术旨在解决现有技术中超疏水表面制备方法复杂、污染环境和不易于大批量工业化生产等问题，提供一种制备超疏水铜表面的方法，可在铜基体表面制备具有接触角大于150°的超疏水表面。为达到上述技术目的，本专利技术提供一种制备超疏水铜表面的方法，其依次包括：表面预处理、电火花加工及表面后处理，其中所述电火花加工的电流为10-20A、脉冲宽度为80-160μs、占空比为40-80％、间隙电压为20-60V。与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：本专利技术用电火花加工制备超疏水铜表面，仅需在铜基体表面一次加工即可获得超疏水铜表面，简单便捷；且用电火花加工制备超疏水铜表面，无需各种化学试剂处理且电火花加工液可回收使用，减少了加工废液对环境的污染，更加环保；本专利技术制备超疏水铜表面的方法可配合数控系统，实现大批量工业化生产超疏水铜表面。附图说明图1是本专利技术实施例1制得的超疏水铜表面在1000倍下的扫描电子显微镜照片。图2是本专利技术实施例1制得的超疏水铜表面接触角测试图。图3是本专利技术实施例2制得的超疏水铜表面在1000倍下的扫描电子显微镜照片。图4是本专利技术实施例2制得的超疏水铜表面接触角测试图。具体实施方式本实施例提供一种制备超疏水铜表面的方法，具体包括如下步骤：(1)表面预处理：根据需求切割铜基体试样，将铜基体表面用目数为200-600目的砂纸打磨，再用去离子水冲洗打磨后的铜基体表面并烘干，去除铜基体表面的氧化皮和杂质；作为优选，用目数为400目的砂纸打磨铜基体表面，400目砂纸打磨的铜基体表面更加光滑。(2)电火花加工：将脉冲电源的一极接工具电极，另一极接步骤(1)中表面预处理后的铜基体，两极均浸入电火花加工液中，且移动工具电极到开始加工的位置，上述脉冲电源是输入电压为380V的三相四线交流电；调整电火花加工的电流为10-20A，脉冲宽度为80-160μs，占空比为40-80％，间隙电压为20-60V；调整电火花加工液的冲洗方向，使其指向铜基体表面，为了将加工过程中铜基体表面的杂质冲洗干净，避免加工后的铜基体表面不均匀；打开工作液开关和脉冲电源开关，开始电火花加工，通过工具电极不断地向铜基体表面进给，在铜基体表面加工出一系列微纳尺度的表面结构特征，移动工具电极，停止电火花加工，取出加工后的铜基体；加工深度大于或等于1mm是为了使铜基体表面加工得更加均匀，具体的加工深度可以根据实际情况进行调整，只要使加工深度大于或等于1mm,小于铜基体厚度即可。电火花加工是利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用蚀除导电材料的特种加工方法，又称放电加工或电蚀加工。电火花加工时，脉冲电源的一极接工具电极，另一极接工件电极，两极均浸入工作液中。工具电极由自动进给调节装置控制，以保证工具与工件在正常加工时维持一很小的放电间隙。当脉冲电压加到两极之间，便将当时条件下极间最近点的液体介质击穿，形成放电通道。由于通道的截面积很小，放电时间极短，致使能量高度集中，放电区域产生的瞬时高温足以使材料熔化甚至蒸发，以致形成一个小凹坑。第一次脉冲放电结束之后，经过很短的间隔时间，第二个脉冲又在另一极间最近点击穿放电。如此周而复始高频率地循环下去，工具电极不断地向工件进给，它的形状最终就复制在工件上，形成所需要的加工表面。(3)表面后处理：使用乙醇溶液对步骤(2)中加工后的铜基体表面进行超声振动清洗，超声清洗时长为5min，去除残余的电火花加工液和加工屑，晾干后得到超疏水铜表面。上述方法中使用的电火花加工液为普通电火花加工液，闪点＞80℃，在40℃时，运动黏度范围为1.3-2.2mm2/s。下面将结合具体实施例对本专利技术提供的制备超疏水铜表面的方法予以进一步说明。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。为了便于操作，下述实施例中均将铜基体切割成10mm×10mm×3mm的小片，加工深度均为1mm。实施例1:(1)表面预处理：将铜基体切割成10mm×10mm×3mm的小片，并用400目的砂纸打磨，去除铜基体表面的氧化皮和杂质，再用去离子水冲洗掉铜基体表面残留的磨屑，用风筒吹干上述铜基体。(2)电火花加工：将脉冲电源的一极接工具电极，另一极接步骤(1)中表面预处理后的铜基体，两极均浸入电火花加工液中，且移动工具电极到开始加工的位置，上述脉冲电源是输入电压为380V的三相四线交流电；将电火花加工的电流调到16A，脉冲宽度调到80μs，占空比调到60％，间隙电压调到20V；调整电火花加工液的冲洗方向使其指向铜基体表面；打开工作液开关和脉冲电源开关，开始电火花加工，通过工具电极不断地向铜基体表面进给，在铜基体表面加工出一系列微纳尺度的表面结构特征，移动工具电极，停止电火花加工，取出加工后的铜基体。(3)表面后处理：使用乙醇溶液对步骤(2)中加工后的铜基体表面进行超声振动清洗5min，去除残余的电火花加工液和加工屑，晾干后得到超疏水铜表面。用接触角测量仪测试铜基体表面接触角，结果显示获得的超疏水铜表面与水的接触角为153±3.5°,其接触角图如图2所示。实施例2:(1)表面预处理：将铜基体切割成10mm×10mm×3mm的小片，并用400目的砂纸打磨，去除铜基体表面的氧化皮和杂质，再用去离子水冲洗掉铜基体表面残留的磨屑，用风筒吹干上述铜基体。(2)电火花加工：将脉冲电源的一极接工具电极，另一极接步骤(1)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备超疏水铜表面的方法，其特征在于，其依次包括：表面预处理、电火花加工及表面后处理，其中所述电火花加工的电流为10‑20A、脉冲宽度为80‑160μs、占空比为40‑80％、间隙电压为20‑60V。

【技术特征摘要】
1.一种制备超疏水铜表面的方法，其特征在于，其依次包括：表面预处理、电火花加工及表面后处理，其中所述电火花加工的电流为10-20A、脉冲宽度为80-160μs、占空比为40-80％、间隙电压为20-60V。2.根据权利要求1所述的制备超疏水铜表面的方法，其特征在于，所述表面预处理具体包括：切割铜基体，将铜基体表面打磨、洗净并烘干。3.根据权利要求1所述的制备超疏水铜表面的方法，其特征在于，所述电火花加工还包括：调整电火花加工液的冲洗方向，使其指向铜基体。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：范志卿，孙志伟，邱蔚琳，蔡业彬，
申请(专利权)人：广东石油化工学院，
类型：发明
国别省市：广东,44