一种超疏水铝合金表面制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超疏水铝合金表面的制备方法，它包括如下步骤：步骤1：将铝合金片放置于电沉积的金属镍前驱体中，并在电沉积过程中加入疏水性物质，同时对铝合金片施加直流电，在铝合金片上形成厚度为5～25μm的金属与对应金属氧化物的复合层；步骤2：将生成有金属与金属氧化物复合层的铝合金片放置于包含氧化石墨烯、带有氨基或羟基的聚合物以及还原剂的混合溶液中，氧化石墨烯还原干燥后获得三维网络状复合物表面改性的铝合金。本发明专利技术的铝合金表面具有自清洁、耐腐蚀和防冷冻功能。

【技术实现步骤摘要】
一种超疏水铝合金表面制备方法
本专利技术涉及铝合金表面处理
，具体地指一种超疏水铝合金表面的制备方法。
技术介绍
铝合金作为一种应用广泛的工程材料，在航空、船舶、汽车、建筑、电力等行业中的重要性尤为突出，而这些领域的自清洁、耐腐蚀、防覆冰等均是亟待解决的工程问题，且与材料表/界面特性存在密切联系。通过表面改性，在表面形成金属合金层或非金属保护层，可以有效的防止介质的腐蚀。在自然界数亿年的进化和发展历程中，生物表面已经形成了许多独特且巧妙的结构，使各物种表现出了特有的环境适应能力。“荷叶效应”所表现出的优异疏水及自清洁性能主要是由于表面分布着无数微米级乳突结构及附着其上的纳米颗粒所致。该结构有利于增加对空气的陷入量，在叶片表面形成空气膜层，极大减少灰尘等污物的附着；玫瑰花瓣上滴滴欲坠的露珠则是源于表面的高粘附疏水特性。受自然界生物表面特性启发，表面微纳制备已成为跨学科领域的研究热点，并通过改变表/界面的作用行为而赋予材料或零部件新的功能特性，也因此备受研究者的广泛关注。目前，微纳结构制备普遍存在可控性差、操作复杂、效率低等问题，且在微纳结构的理论设计与可控制备方面存在明显不足。三维网络复合材料是一种新型的复合材料，是组分在三维空间上相互缠绕、贯穿形成的新型复合材料，其基体与增强相在三维空间上连续并相互贯穿，有可能很好地传递与分散在各相之间的应力、阻止裂纹的扩展，进而提高复合材料的力学性能，增强相及基体的种类、界面的形态及性能对三维连续网络结构复合材料的性能有着重要的影响。这种新型复合材料和传统复合材料相比具有更好的力学性能及耐磨性能，在航空航天、汽车等领域具有广泛的应用前景。石墨烯气凝胶(GAs)兼具石墨烯和气凝胶的独特结构和优异性能，中间充满气体介质，因此密度低、孔隙率高、比表面积大是其最大的特点。另外，通过自组装过程GAs可以拥有更多、更丰富的结构，例如单向有序、双向有序结构等。多孔固体的性质是由固相的固有性质、密度和孔的几何形状决定的，因此，GAs除了本身固有的良好疏水性、导电性、机械强度和结构稳定性外，还被赋予了更高的表面利用率和更强的可操作性，同时，还随结构的变化呈现多样的性能特点，因此，在实际应用中更具有发展前景。但是常用的粘附主要采用表面涂层技术，使得疏水性能不够理想同时还存在着GA与涂层间的结合力的问题。因此仍需要发展低成本且制备工艺简单的超疏水铝表面的制备方法。
技术实现思路
本专利技术的目的就是要提供一种超疏水铝合金表面的制备方法，本专利技术的铝合金表面具有自清洁、耐腐蚀和防冷冻功能。为实现此目的，本专利技术所设计的超疏水铝合金表面的制备方法，其特征在于，它包括如下步骤：步骤1：将铝合金片放置于电沉积的金属镍前驱体中，并在电沉积过程中加入疏水性物质，增加其表面疏水性；同时对铝合金片施加直流电进行电沉积后，在铝合金片(阴极铝合金片)上形成厚度为5～25μm致密的金属与对应金属氧化物的复合层(镍与氢氧化镍复合层)；步骤2：将生成有金属与金属氧化物复合层的铝合金片放置于包含氧化石墨烯、带有氨基或羟基的聚合物以及还原剂的混合溶液中，氧化石墨烯还原干燥后获得微观结构为三维网络状复合物表面改性的铝合金(还原之后形成石墨烯层，敷在铝合金表面)。上述技术方案中，带有氨基或羟基的聚合物用于增加结合力，保护表面石墨烯涂层。上述技术方案的步骤2中，铝合金片与上述混合溶液的反应温度为25～40℃，反应时间为2～10h，干燥方式为室温干燥或60℃烘箱干燥或冷冻干燥或紫外灯干燥，研究不同干燥方法，对其表面结构的影响，避免表面发生气泡、起皮、附着力差等现象。上述技术方案的步骤2中，带有氨基或羟基的聚合物为十八胺、聚苯胺(分子量为726)、葡聚糖(分子量为504)或壳聚糖(分子量为1526)，氨基或羟基的聚合物的添加量与氧化石墨烯的质量比范围为聚合物：石墨烯＝1：1～1:10，研究聚合物的加入对其表面结构以及疏水性的影响，获得表面疏水性优良的复合物材料。上述技术方案的步骤2中，所述还原剂为抗坏血酸，所述步骤2中，加入氧化石墨烯的还原试剂抗坏血酸0.05～0.1g，还原剂的加入，使得部分氧化石墨烯还原成为石墨烯，因此通过控制还原剂的加入量，控制氧化石墨烯和石墨烯的配比，寻求最佳配比，既能与其他高分子紧密结合，又能具有很好的疏水性。上述技术方案的步骤1中，所述施加直流电的电流密度为0.05～1A/cm2，电沉积的时间控制在10～1000s，电沉积的溶液为水或乙醇，体积为10ml，所述铝合金片的厚度为0.02～3mm，长宽均为0.5cm，研究不同电沉积厚度对其表面疏水性的影响，使其在最少的电能消耗下，具有较好的疏水性、防冻性和抗腐蚀性。上述技术方案的步骤1中，在电沉积之前，先将铝合金片用砂纸打磨，然后将打磨后的铝合金片依次在无水乙醇、6mol/L的HCl、去离子水中进行超声处理，除去表面的油污、氧化物污染层以及杂质。上述技术方案的步骤1中，金属镍的前驱体为六水合氯化镍(NiCl2·6H2O)、六水合硝酸镍(Ni(NO3)2·6H2O)或四水合氨基磺酸镍(Ni(SO3NH2)2·4H2O)，用量为0.1～1M，研究不同镍源对电沉积金属/金属氧化物结构的影响，通过控制镍源，调控其微观结构，使其表面具有优良的疏水性的影响。上述技术方案的步骤1中，电沉积过程需要加入缓冲试剂调节pH值，缓冲试剂为H3BO3或NH4Cl，用量为50mM～2M。上述技术方案的步骤1中，电沉积过程中加入疏水性物质为硬脂酸或肉蔻酸，镍与疏水性物质的物质量之比控制在Ni2+：疏水性物质＝1:0.1～1:1，研究疏水性物质的加入对其表面疏水性的影响，使其既能增加其疏水性，同时避免加入过多的疏水物质引起的电量的大量消耗以及附着力差等不良影响。上述技术方案的步骤2中，氧化石墨烯溶液的浓度为1mg/ml～4mg/ml，溶液为水或是甲醇，体积为1ml，研究石墨烯的浓度对其成表面结构、厚度和附着力等影响，使其表面具有优良的疏水性。本专利技术还包括一种如上述的超疏水铝合金表面的制备方法在制备自清洁、耐腐蚀、放冷冻以及电催化析氢中的应用。本专利技术的有益效果：1、本专利技术通过简单的电沉积方法，在表面沉积一层纳/微米结构的镍与氢氧化镍复合层的金属层，镍和氢氧化镍进行相互协同，一级保护合金表面接触外界空气。2、本专利技术在电沉积过程中加入疏水性的硬脂酸或是肉蔻酸，一步合成疏水性的表面，同时这两种位置作为表面改性剂，对金属层进行修饰(吸附一些表面活性剂，用于石墨烯的吸附沉积)。3、本专利技术在室温下对一级保护层外围进行二级保护，对合金层和金属层进行保护，再表面涂覆三维网络状石墨烯与聚合物的凝胶，兼具石墨烯和聚合物的双重优势，刚柔并进。4、因此，对合金表面改性后，获得以上的优势，使得表面具有很好的自清洁、防腐蚀和防冻性。5、该制备方法操作简单、原料易得，反应条件容易达到，所得产品具有较大的工业化应用前景。附图说明图1为铝合金；铝合金、Ni和Ni(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超疏水铝合金表面的制备方法，其特征在于，它包括如下步骤：/n步骤1：将铝合金片放置于电沉积的金属镍前驱体中，并在电沉积过程中加入疏水性物质，同时对铝合金片施加直流电，在铝合金片上形成金属与对应金属氧化物的复合层；/n步骤2：将生成有金属与金属氧化物复合层的铝合金片放置于包含氧化石墨烯、带有氨基或羟基的聚合物以及还原剂的混合溶液中，氧化石墨烯还原干燥后获得三维网络状复合物表面改性的铝合金。/n

【技术特征摘要】
1.一种超疏水铝合金表面的制备方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：将铝合金片放置于电沉积的金属镍前驱体中，并在电沉积过程中加入疏水性物质，同时对铝合金片施加直流电，在铝合金片上形成金属与对应金属氧化物的复合层；
步骤2：将生成有金属与金属氧化物复合层的铝合金片放置于包含氧化石墨烯、带有氨基或羟基的聚合物以及还原剂的混合溶液中，氧化石墨烯还原干燥后获得三维网络状复合物表面改性的铝合金。


2.根据权利要求1所述的超疏水铝合金表面的制备方法，其特征在于：所述步骤2中，带有氨基或羟基的聚合物为十八胺、聚苯胺、葡聚糖或壳聚糖，氨基或羟基的聚合物的添加量与氧化石墨烯的质量比范围为聚合物：石墨烯＝1：1～1:10。


3.根据权利要求1所述的超疏水铝合金表面的制备方法，其特征在于：所述步骤1中的金属与对应金属氧化物的复合层的厚度范围为5～25μm，所述金属与对应金属氧化物的复合层为镍与氢氧化镍复合层；
所述步骤2中还原剂为抗坏血酸。


4.根据权利要求1所述的超疏水铝合金表面的制备方法，其特征在于：所述施加直流电的电流密度为0.05～1A/cm2，电沉积的时间控制在10～1000s，所述铝合金片的...

【专利技术属性】
技术研发人员：马爱军，陈永炜，刘学东，胡钱巍，王建锋，何卫，王利民，
申请(专利权)人：浙江泰仑电力集团有限责任公司，国网浙江省电力有限公司湖州供电公司，武汉南瑞电力工程技术装备有限公司，国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33