一种在金属表面制备Co- TiO2超疏水纳米复合镀层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种在金属表面制备Co‑TiO2超疏水纳米复合镀层及其制备方法，该方法首先对金属表面进行打磨，清洗，吹干。然后配制金属钴盐、长支链烷酸、TiO2、络合剂、表面活性剂的乙醇溶夜，搅拌并超声震荡均匀作为电镀液。再以待用的金属作为阴极，以纯铂或石墨炭为阳极进行电镀，电镀完成后对阴极进行清洗，然后吹干，即在工件上镀上了Co‑TiO2超疏水纳米复合镀层，本发明专利技术不仅实现了金属表面的超疏水性，同时赋予了其表面具有杀菌、光催化性能，所得镀层致密，接触角为155‑160°，滚动角接近0°，TiO2的含量为20%~30%，电镀液制备简单，环境友好，电镀过程易于操作，是一种可以大面积推广使用的镀层。

A Co-Titanium Dioxide Super-hydrophobic Nanocomposite Coating on Metal Surface and Its Preparation Method

The invention discloses a preparation method of Co titanium dioxide superhydrophobic nanocomposite coating on metal surface and a preparation method thereof. The method first polishes, cleans and dries the metal surface. Then metal cobalt salt, long branched alkanoic acid, titanium dioxide, complexing agent and surfactant were prepared by ethanol solution at night, stirring and ultrasonic vibration were uniformly used as electroplating solution. Then using the metal to be used as cathode, plating with pure platinum or graphite carbon as anode, cleaning the cathode after electroplating, then drying, that is, superhydrophobic nano-composite coating of Co TiO2 was plated on the workpiece. The invention not only realizes superhydrophobicity of the metal surface, but also endows the surface with bactericidal and photocatalytic properties. The obtained coating is compact, and the contact angle is 155 1. 60 degrees, rolling angle close to 0 degrees, the content of titanium dioxide is 20%~30%. The electroplating bath is simple to prepare, environmentally friendly and easy to operate. It is a kind of coating that can be widely used.

【技术实现步骤摘要】
一种在金属表面制备Co-TiO2超疏水纳米复合镀层及其制备方法
本专利技术涉及纳米复合电镀
，具体涉及一种在金属表面制备Co-TiO2超疏水纳米复合镀层及其制备方法。
技术介绍
金属材料广泛应用于人们的日常生活中，由于常用的金属材料容易受到空气中水蒸气和氧气的腐蚀以及磨损而破坏，因此科研工作者一直在努力寻找有效的保护材料的方法，当今比较成熟的界面技术就是电镀工艺，这种工艺方法由于成本低，设备简单，已经成功工业推广使用，但随着市场生产需求中对材料的性能要求越来越高，传统的单金属镀层已经远远满足不了镀层在硬度，耐磨性，耐腐蚀性，耐高温性的要求，取而代之的是纳米复合镀层。纳米材料具有许多特性，例如较大的比表面积，量子效应及界面效应。纳米TiO2是一种较好的环境友好型材料，锐钛矿型的TiO2具有优良的光催化性能及抗菌能力，在水处理，空气净化，杀菌，涂料等方面有广泛的应用，使其具有良好的商业应用价值。JamesJ.Watkins和同事们用聚合物和陶瓷复合材料打印出鲨鱼皮肤表面，并添加了TiO2纳米颗粒，与不添加TiO2纳米颗粒的表面对比，添加了TiO2纳米颗粒的表面会杀死超过95%的大肠杆菌和80%的金黄色葡萄球菌。自江雷研究小组揭示出荷叶表面超疏水以及自清洁的机理，如何制备超疏水表面得到了广大科学家的关注，当前在金属表面制备超疏水的方法主要有化学刻蚀法，阳极氧化法，气相沉积法以及热喷涂法，电镀法。相比而言电镀法由于所需设备简单，成本低廉，便于大面积制备等优点，申请号201310301855.3公开了一种在金属表面制备超疏水钴镀层的方法，通过配制含有钴盐和长支链烷酸的电镀液一步制备出超疏水镀层，申请号为201110152051.2公开了一种使用镍电镀液制备超疏水镍镀层的方法，所用的镍电镀液以氯化胆碱离子液体作为溶剂，以镍盐为溶质。超疏水金属镀层广泛应用于轮船表面的防腐以及减阻，同时能提高金属表面的自清洁，防冰等性能，本专利技术首次在不同的金属表面一步电镀制备Co-TiO2超疏水纳米复合镀层,同时赋予表面超疏水性和光催化性能，同时加入TiO2纳米微粒能与钴金属在待镀工件上形成共沉积，形成同时含有钴金属与固体微粒细致而紧密的镀层，这些镀层比传统的纯钴镀层空隙少，更耐腐蚀。其制备方法简单，对设备要求不高，易于工业上大面积推广使用。
技术实现思路
本专利技术针对当前对材料表面性能要求较高的前提下，提出了一种在金属表面制备Co-TiO2超疏水纳米复合镀层及其制备方法，使具有光催化活性的TiO2均匀分散到超疏水钴镀层中，使其牢固结合在一块。本专利技术制备的Co-TiO2超疏水纳米复合镀层具有较好的疏水性能，同时表面具有良好的杀菌性能，可见光下能有效分解有机物，在航海，空调，汽车领域有广阔的应用前景。本专利技术是通过以下技术方案实现的。一种在金属表面制备Co-TiO2超疏水纳米复合镀层的方法，包括以下步骤：（1）金属表面的预处理：首先用砂纸对金属表面进行打磨，然后用表面活性剂进行超声清洗，再用丙酮进行超声清洗，最后用稀硫酸清洗，吹干，待用；（2）电镀液的配置；将金属钴盐、长支链烷酸、络合剂、表面活性剂和纳米级别的TiO2加入乙醇中，磁力搅拌，然后超声震荡均匀，得电镀液；（3）以步骤（1）所得待镀金属工件为阴极，以铂片或者碳为阳极，在步骤（2）配制的电镀液中进行电镀，然后对阴极进行乙醇冲洗，吹干后在金属表面得到Co-TiO2超疏水纳米复合镀层。优选的，步骤（1）中所述砂纸为800目和400目。优选的，所述金属为不锈钢和黄铜导电金属材料。优选的，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。优选的，所述稀硫酸的浓度为0.5mol/l~2mol/l。优选的，所述超声清洗的时间为10min~20min。优选的，所述用稀硫酸清洗的时间为30~60s。优选的，步骤（2）中所述的金属钴盐为氯化钴或硫酸钴。优选的，所述金属钴盐在电镀液中的浓度为0.05~0.2mol/l。优选的，步骤（2）中所述的长支链烷酸为硬脂酸，肉豆蔻酸或十八烷酸。优选的，所述长支链烷酸在电镀液中的浓度为0.05~0.3mol/l。优选的，步骤（2）中所述的络合剂为柠檬酸钠，葡萄糖酸钠或柠檬酸铵。优选的，所述络合剂在电镀液中的浓度为40~100g/l。优选的，步骤（2）中所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠和十二烷基硫酸钠的一种或两种。优选的，所述表面活性剂在电镀液中的浓度为0.01~0.2g/l。优选的，步骤（2）中所述的TiO2为锐钛矿型，规格为10nm~100nm，尺寸为10nm~100nm。优选的，所述TiO2在电镀液中的浓度为10g/l~20g/l。优选的，步骤（2）中采用功率为200W~500W的超声仪器超声10~20min，200-800r/min磁力搅拌器搅拌10~40min。优选的，步骤（3）中所述电镀的电源为交变流电源，电压设定为15~30V，电镀时间为5~30min，电镀液温度为室温，电镀过程中电镀液一直在磁力搅拌器下搅拌，保证电镀液分散均匀。由以上所述的方法制得的Co-TiO2超疏水纳米复合镀层。与现有技术相比，本专利技术的优点如下：（1）掺杂纳米粒子促使金属镀层分散更加均匀，镀层更加致密，空隙率大大减少，更加耐腐蚀。（2）锐钛矿TiO2纳米颗粒的加入赋予了超疏水表面具有一定的光催化性能，在可见光下具有良好的杀菌能力，以及抑制微生物在金属表面的生长，同时还能分解表面的有机物。（3）电镀液配方简单，生产成本廉价，不需要昂贵的设备，便于大规模制备。（4）制备的超疏水表面平整，均匀，纳米粒子的加入增加了表面的粗糙度，接触角达到155~160°，滚动角接近0°，本专利技术制备的Co-TiO2超疏水纳米复合镀层可满足工业上既需要达到疏水性能又要达到抑菌性能要求的特殊需求，具有一定的实际应用价值。附图说明图1a、图1b为Co-TiO2超疏水纳米复合镀层的SEM图。图2a~图2d为Co-TiO2超疏水纳米复合镀层的接触角图。图3为降解有机物（杀菌）的原理图。具体实施方式以下结合实例与附图对本专利技术的具体实施作进一步的说明，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1首先将99.9%的黄铜片用800目和400目的砂纸打磨，剪刀剪成长5×3cm规格，然后用十二烷基苯磺酸钠超声清洗10min，丙酮清洗20min，0.5mol/l的稀硫酸清洗60s，最后用蒸馏水冲洗干净，吹干待用。用托盘天平准确称取二氯化钴2.6g，硬脂酸8.50g，25nm的二氯化钛10g，十二烷基苯磺酸钠0.02g，柠檬酸钠4g，放入烧杯中，再用量筒量取100ml无水乙醇，倒入烧杯中，先用功率为300W的超声仪器超声10min，然后用500r/min的磁力搅拌器搅拌30min，获得分散均匀的电镀液。将清洗的黄铜片为阴极，纯铂片为阳极，在配置的电镀液中进行电镀，控制电压为15V，电镀30min，电镀液温度维持30℃，电镀液在电镀过程中一直处于500r/min磁力搅拌下。取出待镀工件，乙醇冲洗干净，吹干，用接触角测量仪测得接触角为155°，滚动角为1°，如图2a所示。镀层的扫描电镜图如图1a和图1b，从图中可以清晰地看到TiO2均匀的分散在镀层中，且镀层分散均匀。图3描述了镀层上二氧化钛杀菌原理图。实施例2将不锈钢用800目和400目的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在金属表面制备Co‑ TiO2超疏水纳米复合镀层的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）金属表面的预处理：首先用砂纸对金属表面进行打磨，然后用表面活性剂进行超声清洗，再用丙酮进行超声清洗，最后用稀硫酸清洗，吹干，待用；（2）电镀液的配置；将金属钴盐、长支链烷酸、络合剂、表面活性剂和纳米级别的TiO2加入乙醇中，磁力搅拌，然后超声震荡均匀，得电镀液；（3）以步骤（1）所得待镀金属工件为阴极，以铂片或者碳为阳极，在步骤（2）配制的电镀液中进行电镀，然后对阴极进行乙醇冲洗，吹干后在金属表面得到Co‑ TiO2超疏水纳米复合镀层。

【技术特征摘要】
1.一种在金属表面制备Co-TiO2超疏水纳米复合镀层的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）金属表面的预处理：首先用砂纸对金属表面进行打磨，然后用表面活性剂进行超声清洗，再用丙酮进行超声清洗，最后用稀硫酸清洗，吹干，待用；（2）电镀液的配置；将金属钴盐、长支链烷酸、络合剂、表面活性剂和纳米级别的TiO2加入乙醇中，磁力搅拌，然后超声震荡均匀，得电镀液；（3）以步骤（1）所得待镀金属工件为阴极，以铂片或者碳为阳极，在步骤（2）配制的电镀液中进行电镀，然后对阴极进行乙醇冲洗，吹干后在金属表面得到Co-TiO2超疏水纳米复合镀层。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中所述砂纸为800目和400目；所述金属为不锈钢和黄铜导电金属材料；所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠；所述稀硫酸的浓度为0.5mol/l~2mol/l；所述超声清洗的时间为10min~20min；所述用稀硫酸清洗的时间为30~60s。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中所述的金属钴盐为氯化钴或硫酸钴；所述电镀液中CoCl2的浓度为0.05~0.2mol/l。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中所述的长支链烷酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋翔，田蒙蒙，赵飞，李瞳，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44