一种添加阻垢剂的疏水氧化铝纳米孔涂层的制备方法及其应用技术

本申请公开了一种添加阻垢剂的疏水氧化铝纳米孔涂层的制备方法，包括以下步骤：(1)铝合金基体前处理：将铝合金基体打磨光滑，超声清洗后干燥；(2)阳极氧化：将铝合金基体和石墨片放入电解液中，铝合金为阳极，石墨片为阴极，进行超声阳极氧化处理；(3)阻垢剂的导入：将阳极氧化处理后的铝合金基体放入阻垢剂溶液中，超声后取出，真空保温；(4)低能修饰：将步骤(3)得到的铝合金基体放入低能修饰液中浸泡，取出后真空烘干，即得添加阻垢剂的疏水氧化铝纳米孔涂层；其中，阻垢剂溶液为2

【技术实现步骤摘要】
一种添加阻垢剂的疏水氧化铝纳米孔涂层的制备方法及其应用


[0001]本申请涉及一种添加阻垢剂的疏水氧化铝纳米孔涂层的制备方法及其应用，属于金属材料表面改性


技术介绍

[0002]由于在工业生产中，涉及到许多流体介质中含有碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡等无机盐沉积在金属管道内表面最终形成结垢。在石油工业、换热设备、蒸发设备等相关行业中结垢会导致设备和基础设备的发生故障引起管道破坏，造成经济损失。因此，开发了各种阻垢的技术和方法，其中多数方法是在流体介质中使用添加剂，例如阻垢剂、钙沉积剂和螯合剂等。虽然阻垢剂与传输介质中混合防止Mg
2+
和Ba
2+
等阳离子与CO
32
‑
、SO
42
‑
等阴离子结合从而有效地防垢，但是添加剂很容易被流体带走造成严重的浪费和环境污染。
[0003]超疏水铝合金表面由于其超低的粘附力，一些难溶性盐类很难在其表面附着生长。因此使用超疏水表面在工业管道中可以有效的降低结垢，减少经济损失提高工业生产的安全性。但由于超疏水表面长期运输液体介质，会造成部分疏水表面失效。
[0004]本申请专利技术人研究发现，一些金属基超疏水表面具有合适的粗糙结构和低表面能物质虽然可以抑制碳酸钙盐在表面沉积和生长，但是由于结构的有限性和低表面能物质与表面结合的稳定性，使得超疏水表面的阻垢性能受到极大的限制；同时很多输运液体介质中添加阻垢剂只有部分发挥了阻垢的性能，多数阻垢剂会随输运介质排放造成浪费和环境污染。r/>
技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，提供了一种添加阻垢剂的疏水氧化铝纳米孔涂层的制备方法及其应用，通过向阳极氧化制备的氧化铝纳米管层导入阻垢剂形成具有阻垢剂的微纳米结构，再经过低能修饰后，即可得到具有优异防垢性能的超疏水表面涂层，接触角大于150
°
，滚动角小于10
°
。
[0006]根据本申请的一个方面，提供了一种添加阻垢剂的疏水氧化铝纳米孔涂层的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)铝合金基体前处理：将铝合金基体打磨光滑，超声清洗后干燥；
[0008](2)阳极氧化：将铝合金基体和石墨片放入电解液中，铝合金为阳极，石墨片为阴极，进行超声阳极氧化处理；
[0009](3)阻垢剂的导入：将阳极氧化处理后的铝合金基体放入阻垢剂溶液中，超声后取出，真空保温；
[0010](4)低能修饰：将步骤(3)得到的铝合金基体放入低能修饰液中浸泡，取出后真空烘干，即得所述添加阻垢剂的疏水氧化铝纳米孔涂层；
[0011]其中，阻垢剂溶液为2
‑
膦酸丁烷
‑
1,2,4
‑
三羧酸溶液。
[0012]可选地，步骤(1)中超声参数为超声功率为100w，超声频率为40kHz，步骤(3)中超声参数为超声功率为100w，超声频率为40kHz。
[0013]可选地，步骤(1)中采用2500#的水磨砂纸将铝合金基体打磨光滑，再放入无水乙醇中超声清洗10
‑
20min。
[0014]优选地，清洗温度为25℃，清洗时间为15min。
[0015]可选地，步骤(2)中阳极氧化时间为15
‑
25min，温度为10
‑
30℃，电流密度为15
‑
25A/dm2，超声功率为100W、超声频率40kHz。
[0016]优选地，阳极氧化时间为20min，温度为15℃，电流密度为22.5A/dm2。
[0017]可选地，步骤(2)中电解液为草酸溶液，草酸的浓度为10
‑
50g/L。
[0018]优选地，草酸为二水草酸，草酸浓度为27g/L。
[0019]可选地，步骤(2)中超声氧化处理后用水冲洗铝合金基体，放入烘箱中在120℃下干燥60min。
[0020]可选地，步骤(3)中2
‑
膦酸丁烷
‑
1,2,4
‑
三羧酸溶液的浓度为1
‑
10％。
[0021]优选地，2
‑
膦酸丁烷
‑
1,2,4
‑
三羧酸溶液的配制方法为将浓度20％的2
‑
膦酸丁烷
‑
1,2,4
‑
三羧酸溶液定容为1
‑
10％浓度，即得。
[0022]可选地，步骤(3)中阻垢剂的导入时间为15min，真空干燥30min。
[0023]可选地，步骤(4)中低能修饰液为硬脂酸无水乙醇溶液，浓度为10
‑
50g/L。
[0024]可选地，步骤(4)中浸泡时间为4
‑
20h，温度为20
‑
60℃。
[0025]优选地，低表面能修饰时间为12h。
[0026]根据本申请的另一方面，还公开了上述添加阻垢剂的疏水氧化铝纳米孔涂层的制备方法制得的涂层在金属表面防垢中的应用。
[0027]本申请中，“室温”指25℃。
[0028]本申请的有益效果包括但不限于：
[0029]1.根据本申请的添加阻垢剂的疏水氧化铝纳米孔涂层的制备方法，通过先将铝合金基体进行超声阳极氧化处理，在阳极表面形成纳米管状结构氧化铝层，赋予金属表面锚定空间和疏水性能，再向纳米管中超声导入阻垢剂，使其与纳米管结合稳定，起到协同阻垢作用，从而使涂层具备持久稳定的防垢性能。
[0030]2.根据本申请的添加阻垢剂的疏水氧化铝纳米孔涂层的制备方法，通过限定阳极氧化参数，使用2
‑
膦酸丁烷
‑
1,2,4
‑
三羧酸溶液作为阻垢剂并超声导入，使制备的氧化铝纳米管机械性能优异，能够有效固定阻垢剂和保护管内物质，使锚定在纳米管中的阻垢剂能够缓慢释放，从而能持续阻碍难溶性盐沉积在管道中，减少结垢。
[0031]3.根据本申请的添加阻垢剂的疏水氧化铝纳米孔涂层的制备方法，通过使用2
‑
膦酸丁烷
‑
1,2,4
‑
三羧酸溶液作为阻垢剂并超声导入，使涂层具有良好的阻碳酸钙、磷酸钙垢的性能，良好的耐高温、耐氧化、耐氯稳定性；同时对高浊度、高铁的循环水有良好的分散性；其高温下阻垢性能优异，特定的磷酸基团可以使添加剂与氧化铝表面结合更加稳定，形成的涂层不仅具有阻垢性能还具有一定的缓蚀性能。
[0032]4.根据本申请的添加阻垢剂的疏水氧化铝纳米孔涂层的制备方法，通过限定电流密度范围，使阻垢剂储存在纳米管中，阻垢剂可以缓释从而阻垢，进而实现超疏水表面与阻垢剂协同阻垢的稳定性和持久性。
[0033]5.根据本申请的添加阻垢剂的疏水氧化铝纳米孔涂层的制备方法，本申请制备的超疏水表面涂层与纳米结构内的阻垢剂都可以阻垢，将两者结合分别克服了不稳定性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种添加阻垢剂的疏水氧化铝纳米孔涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)铝合金基体前处理：将铝合金基体打磨光滑，超声清洗后干燥；(2)阳极氧化：将铝合金基体和石墨片放入电解液中，铝合金为阳极，石墨片为阴极，进行超声阳极氧化处理；(3)阻垢剂的导入：将阳极氧化处理后的铝合金基体放入阻垢剂溶液中，超声后取出，真空保温；(4)低能修饰：将步骤(3)得到的铝合金基体放入低能修饰液中浸泡，取出后真空烘干，即得所述添加阻垢剂的疏水氧化铝纳米孔涂层；其中，阻垢剂溶液为2
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膦酸丁烷
‑
1,2,4
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三羧酸溶液。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中采用2500#的水磨砂纸将铝合金基体打磨光滑，再放入无水乙醇中超声清洗10
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20min。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中阳极氧化时间为15
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25min，温度为10
‑
30℃，电流密度为15
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25A/dm2，超声功率为100W、超声频率40kHz。4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：李好，王传军，李鹏昌，孙炜翔，丁建旭，于青，王忠卫，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：