一种铝合金耐久超疏水表面的制备方法技术

本发明专利技术提出了一种铝合金耐久超疏水表面的制备方法，包括以下步骤：以铝合金为基材，进行表面打磨，使用飞秒激光器在铝合金表面制备微纳结构，将飞秒激光处理后的铝合金样品置于酒精中超声处理，然后用去离子水清洗，最后在室温下干燥，将疏水SiO2纳米颗粒分散在乙醇中，SiO2纳米颗粒与乙醇的质量比为1.2：40～50，搅拌，超声，得到均匀分布的溶液，然后将该溶液喷涂在铝合金样品表面，喷涂次数为四次，得到超疏水表面涂层。本发明专利技术利用飞秒激光处理制备的微纳结构与广泛分布的纳米二氧化硅协同，通过阻碍腐蚀离子深入基体来达到防腐蚀的效果，在不影响基材其他性能的情况下极大的提高了抗腐蚀性能。高了抗腐蚀性能。高了抗腐蚀性能。

【技术实现步骤摘要】
一种铝合金耐久超疏水表面的制备方法


[0001]本专利技术涉及铝合金抗腐蚀
，特别涉及一种铝合金耐久超疏水表面的制备方法。

技术介绍

[0002]铝合金是一种轻金属材料，具有重量轻、强度高、密度低等优点，已广泛应用在海洋工程、船舶航运和轨道交通等领域。然而，由于长期工作在腐蚀性环境中，工件的使用寿命严重受到腐蚀行为的影响，因此，提升铝材的抗腐蚀性能成为了研究的重点。通过电镀或喷涂等方法在基材表面制备防腐涂层是提升材料防腐性能最常用的方法，防腐层能够阻止腐蚀离子向基体移动而达到防腐效果。然而，防腐涂层容易出现开裂、剥落、起泡和生锈等缺陷。受荷叶的启发，超疏水表面最近在提高耐腐蚀性方面引起了广泛关注。
[0003]在过去的几十年中，大量的方法被用于制备超疏水表面，例如通过旋涂环氧树脂，并将树枝状结构转移到涂有环氧树脂的铝基体上，成功制备了超疏水表面；通过电解抛光和0.7g/L MgCl2水溶液蚀刻后进行全氟辛基三乙氧基硅烷改性，制备了超疏水表面；在铝基板上通过阳极氧化和低温等离子处理得到了超疏水表面，随后使用三氯十八烷基硅烷对表面进行改性，结果表明，经过改性后的铝基板表面的接触角达到了152.1
°
；对阳极氧化铝膜进行等离子处理后，表面拥有的微纳结构使接触角达到了157.8
°
。但上述制备方法均比较复杂，且超疏水表面的耐蚀性能仍有待提高。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术旨在提供一种铝合金耐久超疏水表面的制备方法，利用飞秒激光处理制备的微纳结构与广泛分布的纳米二氧化硅协同，通过阻碍腐蚀离子深入基体来达到防腐蚀的效果，在不影响基材其他性能的情况下极大的提高了抗腐蚀性能。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提出了一种铝合金耐久超疏水表面的制备方法，包括以下步骤：
[0006]S1、以铝合金为基材，进行表面打磨；
[0007]S2、使用飞秒激光器在铝合金表面制备微纳结构；
[0008]S3、将飞秒激光处理后的铝合金样品置于酒精中超声处理，然后用去离子水清洗，最后在室温下干燥；
[0009]S4、将疏水SiO2纳米颗粒分散在乙醇中，SiO2纳米颗粒与乙醇的质量比为1.2：40～50，搅拌，超声，得到均匀分布的溶液，然后将该溶液喷涂在铝合金样品表面，喷涂次数为四次，得到超疏水表面涂层。
[0010]上述方案中：所述飞秒激光器采用FemtoYL50，激光加工参数为：激光光斑尺寸2.529mm，波长1035.43nm，激光功率40.30W，脉冲宽度362fs，频率800kHz。
[0011]上述方案中：铝合金样品置于酒精中超声处理的时间为20～25min。
[0012]上述方案中：所述疏水SiO2纳米颗粒的尺寸为15～20nm。
[0013]上述方案中：在步骤S4中，搅拌速率为550～600rpm，搅拌时间为1.8～2h，超声时间为30～35min。
[0014]上述方案中：在步骤S4中，采用喷枪进行喷涂，喷雾压力为0.8MPa，距离铝合金样品表面10mm。
[0015]本专利技术的有益效果是：利用飞秒激光加工和喷涂改性方法在铝合金表面制备“铠甲式”微纳结构，实现了耐久超疏水表面的可控构筑；喷涂的疏水性纳米二氧化硅能够在铝合金表面形成低表面能涂层，而飞秒激光加工的“铠甲式”微纳结构能够为疏水型纳米二氧化硅提供更多的附着位点；研究结果表明，加工后的表面接触角达到了152.5
°
，而滚动角仅有2.3
°
，表现出良好的超疏水性能，且超疏水表面经过400#砂纸磨损100次后接触角依然大于150
°
；电化学试验表明超疏水表面的自腐蚀电流显著减小，阻抗明显提高，同时呈现良好的热、机械及化学稳定性。
附图说明
[0016]图1为本专利技术的实验处理示意图。
[0017]图2为在纯铝、方块式结构和三角形结构样品的表面进行胶带粘接的实验图。
[0018]图3为基材与两种“铠甲式”微纳结构的XRD谱图。
[0019]图4为方块式结构、三角形结构的表面SEM图像和EDS谱图。
[0020]图5为飞秒激光处理后样品的表面形貌图和表面SEM图。
[0021]图6为在样品表面进行不同次数二氧化硅喷涂的实验图。
[0022]图7为超疏水表面的润湿状态图和Cassie态在去离子水和PH＝14的NaOH和PH＝1的HCl溶液中的观察图。
[0023]图8为两种样品在染色后的去离子水中的照片和两种样品的超疏水表面自清洁性能测试图。
[0024]图9为超疏水表面的动电位极化曲线和阻抗曲线。
[0025]图10为超疏水表面等效电路图。
[0026]图11为超疏水表面抗腐蚀机理图。
[0027]图12为超疏水表面的热稳定性和化学稳定性能图。
[0028]图13为超疏水表面的往复磨损实验图。
具体实施方式
[0029]一种铝合金耐久超疏水表面的制备方法，按照如下步骤制备：
[0030]S1、以铝合金为基材，采用2000#砂纸进行基材表面打磨。
[0031]S2、使用飞秒激光器在铝合金表面制备微纳结构，所述飞秒激光器采用FemtoYL50，激光加工参数为：激光光斑尺寸2.529mm，波长1035.43nm，激光功率40.30W，脉冲宽度362fs，频率800kHz。
[0032]S3、将飞秒激光处理后的铝合金样品置于酒精中超声处理，超声处理的时间为20～25min，然后用去离子水清洗，最后在室温下干燥。
[0033]S4、将疏水SiO2纳米颗粒分散在乙醇中，疏水SiO2纳米颗粒的尺寸为15～20nm，
SiO2纳米颗粒与乙醇的质量比为1.2：40～50；搅拌，超声，得到均匀分布的溶液，搅拌速率为550～600rpm，搅拌时间为1.8～2h，超声时间为30～35min；然后将该溶液喷涂在铝合金样品表面，采用喷枪进行喷涂，喷雾压力为0.8MPa，距离铝合金样品表面10mm，喷涂次数为四次，得到超疏水表面涂层。
[0034]表征方法
[0035]制备的超疏水涂层被切割成10mm
×
10mm
×
10mm立方体。样品制备完成后，采用SEM(扫描电子显微镜，COXEM,EM30)和XRD(x射线衍射，DX
‑
2700B,10
°
～90
°
，v＝0.06
°
/s)对涂层的组织和相进行分析。采用能谱仪(EDS，色散x射线能谱仪，Oxford Instruments)分析元素类型和含量。采用3D光学轮廓仪(ContourGT
‑
X3，Bruker，Germany)分析表面形貌。同时，使用三电极测试系统进行电化学性能测试和阻抗测试(CHI660D；辰华仪器有限公司；Pt电极面积为1cm2)，在室温下测定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铝合金耐久超疏水表面的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、以铝合金为基材，进行表面打磨；S2、使用飞秒激光器在铝合金表面制备微纳结构；S3、将飞秒激光处理后的铝合金样品置于酒精中超声处理，然后用去离子水清洗，最后在室温下干燥；S4、将疏水SiO2纳米颗粒分散在乙醇中，SiO2纳米颗粒与乙醇的质量比为1.2：40～50，搅拌，超声，得到均匀分布的溶液，然后将该溶液喷涂在铝合金样品表面，喷涂次数为四次，得到超疏水表面涂层。2.根据权利要求书1所述的铝合金耐久超疏水表面的制备方法，其特征在于：所述飞秒激光器采用FemtoYL50，激光加工参数为：激光光斑尺寸2.529mm，波长1035.43nm，激光功率40.30W...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐鹏，罗天辉，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：