一种铝合金表面耐磨超疏微纳复合结构的制备方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种铝合金表面耐磨超疏微纳复合结构的制备方法及系统，包括以下步骤：步骤S1、预处理：对铝合金板材进行超声清洗；步骤S2、电化学刻蚀：采用电化学三电极体系，对超声清洗后的铝合金板材进行电化学刻蚀处理；步骤S3、后处理：对电化学刻蚀后的铝合金样品进行超声清洗。另外，在步骤S2之前还可设置步骤S2A：在铝合金表面的部分区域涂覆石墨。本发明专利技术制备的铝合金表面具有超疏水性更好、摩擦系数更低、耐磨性和耐腐蚀性更好的优点，同时提供了智能超声清洗设备和电化学刻蚀设备，实现全自动化或半自动化制备流程，制备效率高，有利于实现规模化生产，减少使用人员的工作负担和难度，更便于非专业人员的快速上手使用。

Preparation method and system of a kind of wear-resistant super sparse micro nano composite structure on the surface of aluminum alloy

【技术实现步骤摘要】
一种铝合金表面耐磨超疏微纳复合结构的制备方法及系统
本专利技术属于机械表面效应与表面
，具体涉及铝合金表面耐磨超疏微纳复合结构的制备方法及系统。
技术介绍
人类科技进展源自于自然界，受“荷叶效应”启发，微纳复合结构通过改变表界面作用行为赋予材料优异超疏水性，其制备已成为工程领域的交叉学科与发展新方向。铝合金因其优良物理、化学及力学特性，如密度低，导电导热性好，塑性好，易加工成型，强度较高等，被广泛应用于机械制造、船海工程、航空航天、港口航道、海岸工程、汽车电子、建筑工业、石油化工等领域。现有铝合金表面超疏微纳复合结构制备方法以多步法为主，如旋涂-沸水刻蚀-高温、酸刻蚀-水煮浸泡、化学刻蚀-有机镀膜、机械混粉-等离子喷涂、阳极氧化-铬酸刻蚀、激光加工-自组装技术、酸刻蚀-钝化等。上述技术可较为理想实现超疏铝合金表面的制备，但多步处理工艺过程复杂，成本高，效率低，制备周期长，且不利于实现规模化制备生产。更重要的是，铝合金表面超疏微纳复合结构制备多采用增材技术，如静电纺丝、原位生长、分子自组装、有机镀膜、溶胶-凝胶、电化学沉积等。然而，增材制备超疏微纳结构与基材界面结合强度低，结构承载能力弱，耐磨性差。减材制备超疏微纳复合结构作为基材一部分，可较好承担外加载荷，从而降低材料摩擦系数，提高耐磨性。但是，现有减材技术制得铝合金超疏微纳复合结构的效率不高，且材料一定程度上仍然存在表面强度差、耐久性差的缺点。对于不同环境需求，当前铝合金材料也无法提供相应的特性。因此，探索铝合金表面超疏微纳复合结构的耐磨强化减材制备新技术成为当前多功能铝基工程材料设计与研究的重要方向和热点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有超疏微纳结构制备技术中存在的工艺复杂、效率低、周期长、成本高、结构力学性能差等问题。为实现上述目的，本专利技术提出了一种铝合金表面耐磨超疏微纳复合结构的制备方法及系统，包括以下步骤：步骤S1：预处理对铝合金板材进行超声清洗；步骤S2：电化学刻蚀对经超声清洗后的铝合金板材进行电化学刻蚀处理，实现铝合金表面耐磨超疏微纳复合结构的制备；步骤S3：后处理对电化学刻蚀后的铝合金样品进行超声清洗。进一步地，步骤一S1中所述超声清洗是对铝合金板材在密闭压强为1.2～1.5Pa、自动恒温为25℃的空间内进行超声清洗，并根据铝合金表面的不同清洗目标，智能自动调整超声清洗频率，具体为：1)将铝合金板材置于丙酮中，智能调整超声清洗频率为28kHz，进行超声清洗2min；2)将丙酮超声清洗后的铝合金试样置于无水乙醇中，智能调整超声清洗频率为40kHz，进行超声清洗2min；3)将无水乙醇超声清洗后的铝合金试样置于去离子水中，智能调整超声清洗频率为80kHz，进行超声清洗2min，然后经高纯氮气吹干。进一步地，步骤二S2中所述电化学刻蚀处理采用电化学工作站，配置三电极体系，饱和甘汞电极作参比电极，直径1mm铂丝作辅助电极，铝合金板材作工作电极，向三口烧瓶缓慢注入人工海水(浓度为1.6g/LCaCl、4g/LNa2SO4、11g/LMgCl、25g/LNaCl的混合溶液)，将三电极固定安装在三口烧瓶上，打开工作站开关，启动运行按钮。进一步地，步骤二S2中所述电化学刻蚀施加正弦波电位幅值为10mV，电位扫描幅值范围为-2～0.5V，扫描速度为0.5Mv/s，频率测量范围为0.05～50kHz，电化学加工刻蚀在恒定室温环境25℃下进行。进一步地，步骤三S3中所述超声清洗是对电化学刻蚀后的铝合金板材在密闭压强为1.2～1.5Pa、自动恒温为25℃的空间内进行超声清洗，并根据铝合金表面的不同清洗目标，智能调整超声清洗频率，以提高清洗效率，具体为：1)将刻蚀后的铝合金板材置于丙酮中，智能调整超声清洗频率为28kHz，进行超声清洗2min；2)将丙酮超声清洗后的刻蚀试样置于无水乙醇中，智能调整超声清洗频率为40kHz，进行超声清洗2min；3)将无水乙醇超声清洗后的刻蚀试样置于去离子水中，智能调整超声清洗频率为80kHz，进行超声清洗2min，然后经高纯氮气吹干。进一步地，在实施步骤S2前，先通过步骤S2A在铝合金表面的部分区域涂覆石墨，具体为：对于经超声波清洗后的铝合金板材，采用涂覆法将石墨覆盖在一定区域的铝合金表面。进一步地，在步骤S3中还需要清洗刻蚀后铝合金表面的石墨，将丙酮超声清洗后的刻蚀试样置于无水乙醇中，智能调整超声清洗频率为28kHz，进行清洗2min后，频率变为40kHz，再进行超声清洗2min。进一步地，基于所需不同润湿特性的铝合金，调整步骤S2中电化学刻蚀所需的电压幅值参数，具体为：获得三级疏水性的铝合金板材，表面接触角为130°～140°，调节电压幅值为4～6mV；或获得二级疏水性的铝合金板材，表面接触角为140°～150°，调节电压幅值为7～9mV；或获得一级疏水性的铝合金板材，表面接触角为150°～160°，调节电压幅值为10～12mV。另外，本专利技术还提供了一种铝合金表面耐磨超疏微纳复合结构的制备系统，包括超声清洗设备和电化学刻蚀设备，所述超声清洗设备具有功能选择模块及控制模块；功能选择模块供用户选择压强、温度、振动频率、清洗材质和清洗目标；控制模块基于用户选择的清洗材质自动设置相应的参数和提示，并根据金属表面的不同清洗目标，自动配置超声清洗频率和清洗时间。进一步地，获取用户选择清洗材质为铝合金板材的参数后，功能选择模块将获取的信息发送给控制模块；控制模块提示是否确认执行标准清洗步骤，在获取用户确认执行标准清洗步骤后，控制该设备智能设置在密闭压强为1.2～1.5Pa、自动恒温为25℃的空间内进行超声清洗，并提示开始执行以下步骤：1)提示用户将铝合金板材置于丙酮中，获得用户确认信息后，智能调整超声清洗频率为28kHz，进行超声清洗2min；2)提示用户将铝合金板材置于无水乙醇中，获得用户确认信息后，智能调整超声清洗频率为40kHz，进行超声清洗2min；3)提示用户将铝合金板材置于去离子水中，获得用户确认信息后，智能调整超声清洗频率为80kHz，进行超声清洗2min。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1.本专利技术的铝合金表面耐磨超疏微纳复合结构的制备方法，采用电化学刻蚀技术，属于减材制备
，其工艺过程简单、制备周期短、成本低、加工效率高。2.本专利技术的铝合金表面耐磨超疏微纳复合结构的制备方法，可实现全自动化或半自动化制备流程，提高了效率，有利于实现规模化生产。同时，还可以根据获取的用户设置参数，进行智能超声清洗。另外，该系统还可以用于用户纯手动调节，根据用户的不同需求，达到不同的清洗和刻蚀效果。3.本专利技术的铝合金表面耐磨超疏微纳复合结构的制备系统，提供智能超声波清洗设备和电化学刻蚀设备，减少人员工作负担，降低使用难度，便于非专业人员的快速上手使用。4.与现有技术中多步制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝合金表面耐磨超疏微纳复合结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤S1：预处理/n对铝合金板材进行超声清洗；/n步骤S2：电化学刻蚀/n对经超声清洗后的铝合金板材进行电化学刻蚀处理，实现铝合金表面耐磨超疏微纳复合结构的制备；/n步骤S3：后处理/n对电化学刻蚀后的铝合金样品进行超声清洗。/n

【技术特征摘要】
1.一种铝合金表面耐磨超疏微纳复合结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：预处理
对铝合金板材进行超声清洗；
步骤S2：电化学刻蚀
对经超声清洗后的铝合金板材进行电化学刻蚀处理，实现铝合金表面耐磨超疏微纳复合结构的制备；
步骤S3：后处理
对电化学刻蚀后的铝合金样品进行超声清洗。


2.如权利要求1所述的一种铝合金表面耐磨超疏微纳复合结构的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述超声清洗是对铝合金板材在密闭压强为1.2～1.5Pa、自动恒温为25℃的空间内进行超声清洗，并根据铝合金表面的不同清洗目标，自动调整超声清洗频率，具体为：
1)将铝合金板材置于丙酮中，智能调整超声清洗频率为28kHz，进行超声清洗2min；
2)将丙酮超声清洗后的铝合金试样置于无水乙醇中，智能调整超声清洗频率为40kHz，进行超声清洗2min；
3)将无水乙醇超声清洗后的铝合金试样置于去离子水中，智能调整超声清洗频率为80kHz，进行超声清洗2min，然后经高纯氮气吹干。


3.如权利要求1所述的一种铝合金表面耐磨超疏微纳复合结构的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述电化学刻蚀处理采用电化学工作站，配置三电极体系，饱和甘汞电极作参比电极，直径1mm铂丝作辅助电极，铝合金板材作工作电极，向三口烧瓶缓慢注入人工海水浓度为1.6g/LCaCl、4g/LNa2SO4、11g/LMgCl、25g/LNaCl的混合溶液，将三电极固定安装在三口烧瓶上，打开工作站开关，启动运行按钮。


4.如权利要求1所述的一种铝合金表面耐磨超疏微纳复合结构的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述电化学刻蚀施加正弦波电位幅值为10mV，电位扫描幅值范围为-2～0.5V，扫描速度为0.5mV/s，频率测量范围为0.05～50kHz，电化学刻蚀在恒温环境25℃下进行。


5.如权利要求1所述的一种铝合金表面耐磨超疏微纳复合结构的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述超声清洗是对电化学刻蚀后的铝合金板材在密闭压强为1.2～1.5Pa、自动恒温为25℃的空间内进行超声清洗，并根据铝合金表面的不同清洗目标，智能调整超声清洗频率，具体为：
1)将刻蚀后的铝合金板材置于丙酮中，智能调整超声清洗频率为28kHz，进行超声清洗2min；
2)将丙酮超声清洗后的刻蚀试样置于无水乙醇中，智能调整超声清洗频率为40kHz，进行超声清洗2min；
3)将无水乙醇超声清洗后的刻蚀试样置...

【专利技术属性】
技术研发人员：李雪伍，梁靖松，石甜，邵金辉，张传伟，张林，周龙龙，王红星，钟斌，吕源，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61