一种超疏水铝合金表面新型微纳复合结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超疏水铝合金表面新型微纳复合结构及其制备方法，属于金属材料表面改性技术领域，所述新型微纳复合结构由螺旋状阶梯层叠交错符复合而成，其中螺旋状阶梯长度为5

【技术实现步骤摘要】
一种超疏水铝合金表面新型微纳复合结构及其制备方法


[0001]本专利技术属于金属材料表面改性


技术介绍

[0002]铝及铝合金由于质量轻、易于加工铸造、导电性能良好等优点，成为不可或缺的工程材料，被广泛应用于航空航天、船舶建设、汽车、电子电器等领域。然而由于其表面较高的电化学活性，铝及铝合金在使用过程中经常面临着腐蚀问题，尤其在沿海地区，空气湿度大，含盐量较高，会加速铝合金的腐蚀，缩短其使用寿命，造成经济损失，严重时甚至会引发安全事故。因此，铝及铝合金的腐蚀防护引起了研究者的广泛关注，并对此展开了深入的探究。
[0003]在“荷叶效应”的启发下，构筑超疏水铝及铝合金表面以提高基体耐腐蚀性能的方法不断丰富和发展。其原理主要是通过在铝及铝合金表面构筑微纳米复合粗糙结构并进行低表面能物质修饰，使得液滴与基体接触时形成空气气垫层，从而直接减少液滴中的腐蚀介质与基体材料的接触，实现基体耐腐蚀性能的大幅提升。较为常见的化学刻蚀法，通常使用强酸作为刻蚀剂，辅以低表面物质修饰，在铝及铝合金基体生成超疏水的分级微纳米复合结构，进而改善基体的耐腐蚀性能，但强酸的大幅使用，对环境不友好，此外，单独使用强酸作为刻蚀剂，制备得到的表面粗糙结构经常出现分布不均匀的情况，会影响基体表面的超疏水性，不利于耐腐蚀性能的提高。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术提供了一种超疏水铝合金表面新型微纳复合结构及其制备方法。
[0005]本专利技术提出了一种超疏水铝合金表面新型微纳复合机构，技术方案包括：
[0006]一种超疏水铝合金表面新型微纳复合结构由螺旋状阶梯层叠交错符复合而成，所述螺旋状阶梯长度为5
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50μm，宽度为1
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6μm，高度为500nm
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10μm。
[0007]本专利技术还提出了一种上述超疏水铝合金表面新型微纳复合结构的制备方法，包括如下步骤：
[0008]步骤1：将铝合金基体表面进行砂纸打磨及机械抛光，清洗并烘干后置于HCl，H2C2O4，H2O2溶液组成的混合刻蚀剂中，进行表面刻蚀处理，使其表面生成螺旋状阶梯结构层叠交错而成的新型微纳米复合结构；
[0009]步骤2：将步骤1中刻蚀处理后的铝合金基体超声清洗并烘干，然后将铝合金基体整体或局部置于氟硅烷
‑
乙醇溶液中进行低表面能修饰，烘干处理后即得到局部或整体超疏水的铝合金表面。
[0010]进一步的，步骤1中所述混合刻蚀剂中HCl浓度为1.5mol/L
‑
2.5mol/L，体积分数为45％
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49％，H2C2O4浓度为0.01mol/L
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0.05mol/L，体积分数为2％
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10％，H2O2浓度为1.5mol/L
‑
2.5mol/L，体积分数为45％
‑
49％。所述表面刻蚀处理温度为5
‑
30℃，刻蚀处理时间为20
‑
60min。
[0011]进一步的，步骤2中氟硅烷选用十七氟癸基三乙氧基硅烷，氟硅烷
‑
乙醇溶液的浓度为1.5
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2.0wt％，低表面能修饰时间为1
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5h，烘干温度为50
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150℃，烘干处理时间为1
‑
3h。
[0012]本专利技术提供了一种超疏水铝合金表面新型微纳复合结构及其制备方法，所述结构形貌均一稳定，与基体具有良好的附着力，结合低表面能修饰可实现表面的超疏水，可有效提高铝合金基体材料的机械稳定性，防污性能以及耐腐蚀性能。本专利技术中所涉及的刻蚀剂中加入了有机弱酸及过氧化氢，可有效改善刻蚀时间难以控制和刻蚀所得结构不均匀等问题，使得制备过程简单可控，降低了生产成本，减少了强酸的使用，更加环境友好。
附图说明
[0013]图1为本专利技术实施例1处理后铝合金表面的微纳复合结构扫描电镜图；
[0014]图2为本专利技术实施例1处理后铝合金基体表面接触角示意图；
[0015]图3为本专利技术实施例1处理后铝合金表面多次摩擦循环后疏水性能的变化图；
[0016]图4为未处理(a)铝合金基体与本专利技术实施例1处理后(b)铝合金基体表面的防污性能对比图；
[0017]图5为本专利技术实施例1处理后铝合金基体浸泡不同时间与未处理铝合金基体表面的极化曲线图。
具体实施方式
[0018]下面结合附图对本专利技术的具体实施例进行详细阐述，以使本专利技术的特征及优势更易于被本领域技术人员理解，进而更清晰的界定本专利技术的保护范围。
[0019]实施例1
[0020]一种超疏水铝合金表面新型微纳复合结构，所述微纳结构由阶梯长度为5
‑
50μm，宽度为1
‑
6μm，高度为500nm
‑
10μm的螺旋状阶梯结构层叠交错复合而成；低表面能修饰后基体表面呈现出超疏水性；具备良好的机械稳定性；呈现出优异的防污效果；可以有效提高铝合金基体的耐腐蚀性能。
[0021]一种超疏水铝合金表面新型微纳复合结构制备方法包括如下步骤：
[0022]步骤1：将铝合金基体表面用砂纸进行打磨并进行机械抛光，清洗并烘干后置于浓度分别为2mol/L、0.01mol/L、2mol/L，体积分数分别为49％、2％、49％的HCl，H2C2O4及H2O2混合刻蚀剂溶液中，在20℃下表面刻蚀处理30min，使其表面生成螺旋状结构层叠交错而成的微纳米复合结构；
[0023]步骤2：将步骤1刻蚀处理后的铝合金基体置于2.0wt％的十七氟癸基三乙氧基硅烷
‑
乙醇溶液中浸泡1h，取出后在100℃的烘箱中干燥1.5h，得到具备超疏水性能的微纳复合结构化表面。
[0024]表面形貌分析：使用场发射扫描电镜观察铝合金基体表面微纳复合结构的形貌，如图1所示，形貌呈现为层叠交错的螺旋状阶梯结构，阶梯长度为5
‑
50μm，宽度为1
‑
6μm，高度为500nm
‑
10μm，该结构在表面均匀分布。
[0025]接触角分析：使用接触角测量仪对低表面能修饰后的基体表面进行接触角测量，由图2观察表明，静态接触角达到了159.13
°
，滚动角测试为3.0
°
，成功赋予了铝合金基体材
料优异的超疏水性能。
[0026]机械稳定性分析：通过砂纸摩擦实验对铝合金超疏水表面的机械稳定性进行测试，从图3可以发现，随着砂纸摩擦循环次数的增多，铝合金表面的接触角度随之下降，滚动角度呈现出上升的趋势，当砂纸摩擦循环次数达到20次时，铝合金表面仍然保持着优异的超疏水性，展现了该表面良好的机械稳定性。
[0027]防污性能分析：选用工业用沙子作为污染源，对未处理铝合金基体表面和处理后的铝合金超疏水表面进行防污性能测试，如图4所示，在未处理过的铝合金本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超疏水铝合金表面新型微纳复合结构，其特征在于：所述新型微纳复合结构由螺旋状阶梯层叠交错符复合而成，所述螺旋状阶梯结构长度为5
‑
50μm，宽度为1
‑
6μm，高度为500nm
‑
10μm。2.一种超疏水铝合金表面新型微纳复合结构制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将铝合金基体表面进行砂纸打磨及机械抛光，清洗并烘干后置于HCl，H2C2O4，H2O2溶液组成的混合刻蚀剂中，进行表面刻蚀处理，使其表面生成螺旋状阶梯层叠交错而成的新型微纳米复合结构；步骤2：将步骤1中刻蚀处理后的铝合金基体超声清洗并烘干，然后将铝合金基体整体或局部置于氟硅烷
‑
乙醇溶液中进行低表面能修饰，烘干处理后即得到局部或整体超疏水的铝合金表面。3.根据权利要求2所述的超疏水铝合金表面新型微纳复合结构制备方法，其特征在于：步骤1中所述混合刻蚀剂中HCl浓度为1.5mol/L
‑
2.5mol/L，体积分数为45％
‑
49％...

【专利技术属性】
技术研发人员：巩奥，陈浩，戴书刚，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七二四研究所，
类型：发明
国别省市：