一种超亲油-疏水防护复合涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超亲油

【技术实现步骤摘要】
一种超亲油
‑
疏水防护复合涂层及其制备方法


[0001]本专利技术属于表面处理
，具体涉及一种超亲油
‑
疏水防护复合涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]固体表面润湿性是材料表面化学的一个重要研究领域，超亲油
‑
疏水表面具有自清洁、防污、减阻、抗结冰结霜等功能，在日常生活、医疗、海洋、汽车工业生产等方面有着广泛的应用。
[0003]固体表面自由能(或称表面张力)，即γ
SV
，直接影响到液滴对其的润湿性及接触角；γ
SV
值越大，越易被液体润湿；γ
SV
值越小，越难以被液体润湿。在室温下，水的表面张力大约是0.072N/m，而油的表面张力大约在0.020N/m 到0.035N/m 之间，由此可得，要获得同时具备超亲油
‑
疏水性表面的关键技术为选择合适的低表面能物质对材料表面进行修饰，使其表面能介于二者之间。
[0004]玻璃、金属及其氧化物等高表面能的表面容易被水润湿，聚四氟乙烯等高聚物属低表面能表面很难被水润湿，因此一些有机物常被选为化学修饰的低表面物质。一般而言，材料中含亲水性基团
‑
OH、
‑
NH2、
‑
COOH 等越多，材料亲水性越强，反之，含疏水性基团 CF3、
‑
CH3、
‑
C6H5等越多，材料疏水性越强。因此，通过调节材料表面的化学组成，可以达到控制表面润湿性的目的。目前传统亲油材料以有机合成材料为主，对环境和人类健康都有一定的危害，并且具有成本高、制备过程复杂、残留样品难降解等缺点，因此发展绿色环保型疏水超亲油
‑
疏水材料具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种超亲油
‑
疏水防护复合涂层，能够使基体表面具有超亲油
‑
疏水性能，以及良好的机械性能。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种超亲油
‑
疏水防护复合涂层，包括由上到下依次设置的TiAlYON层、TiN层和Ti层，所述TiAlYON层中，各元素的原子百分比含量如下：N：21
‑
31%，O：17
‑
25%，Al：32
‑
40%，Ti：12
‑
17%，Y：0.6
‑
1.2%。
[0007]影响固体表面润湿性的2个关键因素: 一是表面微观结构；二是表面自由能，而表面微观结构和表面自由能又与成分密切相关，固液接触角随着固体表面能的减小而增大。在本专利技术的上述配比中，每种元素的组成和配比都有其必要性，N、Al元素作为应用最广泛的亲油组成，能通过对材料表面能作用从而影响材料表面润湿性，在此基础上，本专利技术还进行了Y、O、Ti元素的复合应用，通过上述三种元素的作用，能在涂层中生成YTi2O6结构相，该结构相颗粒清晰，无明显团聚现象，呈不太规则的类球状，因此YTi2O6结构相能首先在涂层表面构造微观粗糙结构，使涂层表面出现凹凸不平的微纳米结构，其次是用低表面能物质对粗糙表面修饰，本专利技术采用N元素和Al元素，能有效降低涂层表面自由能，使涂层具有超疏水超亲油特性。因此本专利技术采用上述组成和结构，能够具备良好的超亲油
‑
疏水性能，通
过不同原子百分比的配置，达到超亲油
‑
疏水的目的。
[0008]作为优选，所述TiAlYON层具有面心立方体fcc结构，为(Ti，Al)(O，N)化合物，且具有（111）择优取向，织构系数TC为1.15
‑
1.56，在 (Ti，Al)(O，N)化合物内形成有Y固溶。fcc，即面心立方晶格(Face Center Cubic/Face
‑
Centered Cubic)，是晶体结构的一种，面心立方晶格的晶胞是一个立方体，立方体的八个顶角和六个面的中心各有一个原子。在一般多晶体中，每个晶粒有不同于邻晶的结晶学取向，从整体看，所有晶粒的取向是任意分布的;某些情况下，晶体的晶粒在不同程度上围绕某些特殊的取向排列，就称为择优取向或简称织构，织构直接影响材料的物理和力学性能具有（111）型板织构的涂层，其具有优良的机械性能。
[0009]作为优选，所述超亲油
‑
疏水防护复合涂层的表面为褶皱花纹形貌。褶皱花纹形貌的超亲油
‑
疏水防护复合涂层表面对材料的润湿性具有重要影响，本专利技术制得的复合涂层具有褶皱花纹形貌，能提高复合涂层的润湿性，在实际应用中具有重要意义。
[0010]作为优选，所述超亲油
‑
疏水防护复合涂层的厚度为1000
‑
2500nm。本专利技术采用上述厚度的超亲油
‑
疏水防护复合涂层，在上述厚度的选择范围内，不仅能保证得到的复合涂层具有基本的超亲油
‑
疏水性能，且经济效益最大，有利于工业生产和应用。
[0011]本专利技术制得的超亲油
‑
疏水防护复合涂层与油的接触角为2
‑4°
，与水的接触角为120
‑
125
°
，具备良好的超亲油
‑
疏水性能。
[0012]本专利技术的另一个目的在于提供一种超亲油
‑
疏水防护复合涂层的制备方法，所述制备方法具体包括如下步骤：S1：将基体放置于真空腔体中，抽真空至本底真空度＜3.0
×
10
‑
5 Torr，再将真空腔体升温至300
‑
450℃；S2：使用离子束对基体进行刻蚀；S3：使用阴极电弧沉积方法，在步骤S2得到的经刻蚀的基体表面沉积Ti层；S4：使用阴极电弧沉积方法，在步骤S3得到的Ti层表面沉积TiN层；S5：使用直流磁控溅射方法，在步骤S4得到的TiN层表面沉积TiAlYON层得到超亲油
‑
疏水防护复合涂层。
[0013]作为优选，所述步骤S2中，刻蚀的条件如下：氩气流量为35
‑
40sccm，离子束电流为0.1
‑
0.3A，离子束功率为200
‑
400W，刻蚀时间为20min。本专利技术在沉积Ti层之前对基体进行刻蚀处理，可有效去除基体表面的疏松层和氧化皮，相当于原子级别的微喷丸，活化基体表面，提高膜基结合强度，也为后续镀膜起到了高效预离化作用。
[0014]作为优选，所述步骤S3中，沉积Ti层的条件如下：以高纯Ti为靶材，在真空腔体里通入Ar，控制气压为45mTorr，沉积时间为6
‑
8min。本专利技术采用阴极电弧沉积方法制备Ti层，由于其离化率高，在基体偏压的作用下，高密度离子束流加速向基体表面迁移并沉积，故膜层结构比较致密，且与基体的结合良好，该过渡层沉积时间较短，涂层较薄，在获得结构致密的膜层时不会本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超亲油
‑
疏水防护复合涂层，其特征在于，包括由上到下依次设置的TiAlYON层、TiN层和Ti层，所述TiAlYON层中，各元素的原子百分比含量如下：N：21
‑
31%，O：17
‑
25%，Al：32
‑
40%，Ti：12
‑
17%，Y：0.6
‑
1.2%。2.如权利要求1所述的超亲油
‑
疏水防护复合涂层，其特征在于，所述TiAlYON层具有面心立方体fcc结构，为(Ti，Al)(O，N)化合物，且具有（111）择优取向，织构系数TC为1.15
‑
1.56，在 (Ti，Al)(O，N)化合物内形成有Y固溶。3.如权利要求1所述的超亲油
‑
疏水防护复合涂层，其特征在于，所述超亲油
‑
疏水防护复合涂层的表面为褶皱花纹形貌。4.如权利要求1所述的超亲油
‑
疏水防护复合涂层，其特征在于，所述超亲油
‑
疏水防护复合涂层的厚度为1000
‑
2500nm。5.如权利要求1所述的超亲油
‑
疏水防护复合涂层，其特征在于，所述超亲油
‑
疏水防护复合涂层与油的接触角为2
‑4°
，与水的接触角为120
‑
125
°
。6.一种如权利要求1
‑
5任一所述的超亲油
‑
疏水防护复合涂层的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括如下步骤：S1：将基体放置于真空腔体中，抽真空至本底真空度＜3.0
×
10
‑
5 Torr，再将真空腔体升温至...

【专利技术属性】
技术研发人员：王丽，汪爱英，郭鹏，陈仁德，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：