面向低温钢的无机超疏水防冰涂层结构及其制备方法技术

本申请公开了面向低温钢无机超疏水防冰涂层结构的制备方法，包括：在低温钢表面制备棱台阵列；在所述棱台阵列表面沉积稀土氧化物涂层；高真空处理具有所述稀土氧化物涂层的低温钢。还提供面向低温钢无机超疏水防冰涂层结构。本申请提供的面向低温钢无机超疏水防冰涂层结构的制备方法，工艺简单，而且整个制备过程不引入有毒有害的化学物质，完全满足环保涂层开发的目的，进一步拓宽了超疏水防冰涂层的研究领域，相对于极地船用钢防护领域具有广泛的应用前景。的应用前景。的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
面向低温钢的无机超疏水防冰涂层结构及其制备方法


[0001]本申请涉及金属材料表面工程
，具体涉及一种面向低温钢的无机超疏水防冰涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]极地海冰正在快速融化，为极地航运业的发展带来重要机遇。极地航道的开通可以减少我国对常规航线的依赖，同时开发的极地资源也可为我国能源安全提供战略保障。极地成为世界各国未来发展必争的战略空间，冰区航行的极地船舶发展技术也成为了极地区域发展的战略问题。由于极地常年低温，表面覆冰会影响船舶吃水深度及重心的变化，降低其稳定性和上层建筑结构的可靠性。此外，表面覆冰还会影响设备的正常运行，带来严重的安全风险。传统的除冰方式包括：机械除冰、电热除冰、人工除冰等、都存在成本高、效能低的问题，而且在除冰过程中大多会损伤船舶自身防护涂层。此外，通过喷洒氯化钙等化学物质以降低冰点，使得冰融化，虽然有良好的除冰效果，但是它对船舶和水环境造成的破坏不容忽视。特别是极地水域受国际公约保护，不允许使用化学试剂进行防污，极大限制了此防冰技术在极地水域的应用。
[0003]超疏水表面因为其独特的润湿性能，已被广泛用于材料的表面防冰。涂层的超疏水性能使得材料表面能够降低液体在其表面的黏附，同时在液体结冰后由于其较小的接触面积从而使得冰更容易从其表面脱离。传统方法制备超疏水涂层主要采用增加表面粗糙度和用低表面能物质修饰两步法。低表面物质如氟硅烷类、脂肪酸类等有机物大多对环境有害，而且有机物的力学性能、热稳定性能及耐磨性能均较差，不适用于极地等苛刻的环境。无机超疏水涂层的制备目前也存在很多问题，包括需要复杂方法制备特殊表面等。

技术实现思路

[0004]本申请提供了面向低温钢的无机超疏水防冰涂层及其制备方法，以解决现有有机超疏水材料不利环境而无机超疏水材料制备复杂的问题。
[0005]一方面，本申请实施例提供了一种面向低温钢无机超疏水防冰涂层结构的制备方法，包括：
[0006]在低温钢表面制备棱台阵列；
[0007]在所述棱台阵列表面沉积稀土氧化物涂层；
[0008]高真空处理具有所述稀土氧化物涂层的低温钢。
[0009]进一步地，利用皮秒激光刻蚀在所述低温钢表面制备所述棱台阵列。
[0010]进一步地，通过设计垂直网格线进行皮秒激光刻蚀，所述垂直网格线的间距为20μm～80μm。
[0011]进一步地，所述皮秒激光刻蚀的激光直径为20μm，所述皮秒激光功率为2.1W～4.5W、所述皮秒激光频率为400KHz～2000KHz、所述皮秒激光运行速度20mm/s～300mm/s。
[0012]进一步地，通过稀土氧化物靶材在惰性气体环境中磁控溅射沉积所述稀土氧化物
涂层。
[0013]进一步地，所述稀土氧化物为氧化铈，所述惰性气体为氩气。
[0014]进一步地，所述磁控溅射的真空度为5
×
10
‑4Pa～8
×
10
‑4Pa，所述磁控溅射的功率为100W，所述磁控溅射的气压为2.4Pa～3.6Pa，所述磁控溅射的时间为5min～15min。
[0015]进一步地，所述高真空处理的真空度为7
×
10
‑5Pa～1
×
10
‑4Pa，高真空处理的时间为18h～24h。
[0016]进一步地，在所述低温钢表面制备棱台阵列之前，先进行所述低温钢表面清洗并用砂纸打磨。
[0017]另一方面，本申请实施例提供了一种面向低温钢无机超疏水防冰涂层结构，包括低温钢表面具有棱台阵列；所述棱台阵列表面沉积有稀土氧化物涂层，所述稀土氧化物涂层经过高真空处理。
[0018]进一步地，所述稀土氧化物为氧化铈。
[0019]本申请技术方案，至少包括如下优点：本申请提供的面向低温钢无机超疏水防冰涂层结构的制备方法，工艺简单，而且整个制备过程不引入有毒有害的化学物质，完全满足环保涂层开发的目的，进一步拓宽了超疏水防冰涂层的研究领域，相对于极地船用钢防护领域具有广泛的应用前景；本申请提供的面向低温钢无机超疏水防冰涂层结构在低温环境下的防冰性能良好，极大延长了低温钢的结冰时间，且材料为稀土氧化物，能提供较高分子材料更好的机械性能，解决了有机超疏水涂层在极地等严苛环境应用受限的问题。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1为本专利技术实施例提供的面向低温钢无机超疏水防冰涂层结构的制备方法的步骤流程图；
[0022]图2a为本专利技术实施例一提供的制备面向低温钢无机超疏水防冰涂层结构放大倍数为10μm的扫描电镜图；
[0023]图2b为本专利技术实施例一提供的制备面向低温钢无机超疏水防冰涂层结构放大倍数为1μm的扫描电镜图；
[0024]图3为本专利技术实施例一提供的面向低温钢无机超疏水防冰涂层结构的白光干涉图；
[0025]图4为本专利技术实施例一提供的面向低温钢无机超疏水防冰涂层结构进行水滴接触角测试时水滴在无机超疏水防冰涂层结构表面呈现的形状示意图；
[0026]图5为本专利技术实施例一提供的面向低温钢无机超疏水防冰涂层结构与原始低温钢表面水滴冻结过程对照图；
[0027]图6为本专利技术实施例一和实施例二中面向低温钢无机超疏水防冰涂层与普通低温钢表面冰附着强度对照示意图。
具体实施方式
[0028]下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
[0029]在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
[0030]在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
[0031]此外，下面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
[0032]图1为本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向低温钢无机超疏水防冰涂层结构的制备方法，其特征在于，包括：在低温钢表面制备棱台阵列；在所述棱台阵列表面沉积稀土氧化物涂层；高真空处理具有所述稀土氧化物涂层的低温钢。2.根据权利要求1所述的面向低温钢无机超疏水防冰涂层结构的制备方法，其特征在于，利用皮秒激光刻蚀在所述低温钢表面制备所述棱台阵列。3.根据权利要求2所述的面向低温钢无机超疏水防冰涂层结构的制备方法，其特征在于，通过设计垂直网格线进行皮秒激光刻蚀，所述垂直网格线的间距为20μm～80μm。4.根据权利要求2所述的面向低温钢无机超疏水防冰涂层结构的制备方法，其特征在于，所述皮秒激光刻蚀的激光直径为20μm，所述皮秒激光功率为2.1W～4.5W、所述皮秒激光频率为400KHz～2000KHz、所述皮秒激光运行速度20mm/s～300mm/s。5.根据权利要求1所述的面向低温钢无机超疏水防冰涂层结构的制备方法，其特征在于，通过稀土氧化物靶材在惰性气体环境中磁控溅射沉积所述稀土氧化物涂层。6.根据权利要求1所述的面向低温钢无机超疏水防冰涂层结构的制备方法，其特征在于，所述稀土氧化物为氧化铈，所述惰性气体为氩气。7.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：常雪婷，陈晓秋，孙士斌，王东胜，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：