具有粗糙表面的超疏水防覆冰铝和钢的表面处理方法技术

具有粗糙表面的超疏水防覆冰铝和钢的表面处理方法：将铝片和钢片依次用丙酮、去离子水超声波清洗并烘干，悬挂于盛有体积分数为２０％－８０％盐酸水溶液的密闭装置中，然后在水浴槽中１００℃沸水温度下，用挥发盐酸刻蚀铝片或钢片１５ｍｉｎ－１ｈ；刻蚀后的铝片和钢片在氟硅烷的正己烷溶液中蒸镀修饰氟硅烷，蒸镀温度２００－３００℃，时间１－２ｈ，最后将取出的样品于１８０－３００℃下在空气中保温１－２ｈ，氟硅烷溶液中，氟硅烷的质量与正己烷的质量百分比为１－５％，加入的醋酸水溶液ｐＨ值为３，重量为氟硅烷正己烷溶液的２－４％。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。
技术介绍
结霜现象广泛存在于制冷和低温运行设备的金属零部件中，例如热泵机组的空气 盘管、航空航天器的机翼和表面、空调、冰箱内表面等，给设备的稳定工作带来了不同程度 的危害。 传统的工程材料表面防结冰技术多利用机械或加热技术除冰、融冰，如热力融冰、 过电流融冰、短路融冰、带负荷融冰等。现有的一些专利技术技术也是基于"融冰"的思路，如采 用高频脉冲电流加热振荡法对输配电线路防覆冰除融冰，采用与输配电的导线一同敷设的 导体发热来防覆冰。但这些方法不能从根本上解决问题，且在除冰时需停止设备，并配以专 门的除冰系统和装备。这无疑给生产带来了不便，同时也消耗了大量的能源，增加了成本。 为此，部分研究人员以抑制结冰为出发点，探索出了一些抑制结冰的方法。如在冷表面涂以 亲水性抑霜涂料，可降低霜的厚度达10-30% ， 但这种涂层较厚，约0. 77mm，影响到冷表面空气流通，且涂料中的有机成分易挥发，使得其 使用寿命较低；北京工业大学刘中良等开发了一种强亲水性抑霜涂料，该涂料含有吸水性 树脂，可吸收大量水分，且添加的氯化钠或氯化钾颗粒可有效降低水的冰点，使吸收涂料内 的水分长时间保持不冻结，从而抑制初始霜晶的出现，起到抑霜的作用，但这种强亲水性表 面吸收的水分不易快速挥发，由于只是降低水的冰点，所以在温度更低时反而会促进霜晶 的形成，加剧表面的结霜。 仿照具有"荷叶效应(Lotus Effect)"生物体特殊的表面微观结构，可在金属表 面构筑类似的特殊结构，得到具有超疏水特性的金属表面。这种超疏水金属表面在自净、减 阻、耐腐蚀、抗结冰等领域有着极其巨大的应用潜力和广阔的应用前景。以此为启发，一些 疏水性防结冰涂料和镀膜技术相继被开发。如将有机硅烷和/或氟硅树脂、快干性溶剂、主 体溶剂室温搅拌后，相继加入聚氧化乙烯、硅烷偶联剂促进剂、氧化硅和/或氧化铝颗粒搅 拌，最后涂覆在试样表面固化得到防结冰涂层，可使结霜量减少40%，但这种技术对形状复 杂的设备和零件的一些部位不易涂覆，使得防护不均匀，且涂料中的有机溶剂易挥发，使用 寿命较低，结霜层也需在机械振动下去除，对一些需防结冰但不能进行振动的精密仪器、设 备和零件有一定的局限性；通过真空蒸镀方式，在输电电缆表面涂镀正三十六烷疏水层也 可延迟初始霜晶的形成，形成的霜晶结构疏松，较易去除，但需要指出的是，这种镀膜方法 需要在真空度小于1. 3X10—5的真空条件下进行，显然不易进行大规模生产。 研究表明，固体表面的粗糙度会降低水蒸气的过饱和度，从而降低水珠的成核率和成核 速度，延缓初始霜晶的形成，起到抑霜的作用。同时，疏水性表面形成水珠的势垒比亲水性 表面大，因此疏水性表面上凝结成液核的数量较亲水性表面小。因此，在固体表面，尤其是3应用广泛的铝和钢的表面同时构筑粗糙度和疏水性，将会更有效的延缓初始霜晶的出现， 显著提高铝和钢表面的抗结冰性能。但基于这种思路，且针对铝和钢表面的疏水性防结冰 技术尚未见有报道。
技术实现思路
本专利技术提供一种超疏水防覆冰粗糙铝和钢表面的处理方法。 本专利技术采用如下技术方案 —种超疏水防覆冰粗糙铝和钢表面的处理方法，处理的步骤如下 (1)前处理将铝片和钢片依次用丙酮、去离子水超声波清洗并烘干； (2)湿化学刻蚀将铝片或钢片悬挂于盛有盐酸溶液的密闭装置中，然后将密闭装置置于恒温水浴槽中，10(TC沸水温度下使盐酸挥发，并用挥发的盐酸刻蚀铝片或钢片，取出铝片或钢片后用清水冲洗并烘干；所述盐酸的体积分数为20% _80%，刻蚀时间为15min-lh ; (3)氟化处理将刻蚀后的铝片和钢片放入盛有氟硅烷正己烷溶液的密闭容器 内，并一同放入箱式电炉中200-30(TC下保温l-2h，实现铝片和钢片表面的氟硅烷修饰；随 后取出样品，于180-30(TC下在空气中保温l-2h，即可得到具备超疏水特性的铝和钢表面； 制备的铝和钢表面的结霜实验表明，这种表面有很好的防覆冰性能；所述氟硅烷溶液的配 制过程为将氟硅烷溶于正己烷溶剂中，氟硅烷与正己烷溶剂的重量百分比为1_5%，再加 入氟硅烷正己烷溶液重量的2-4X、pH值为3的醋酸水溶液，充分搅拌后即可使用。 本专利技术制备得到了具有粗糙表面的超疏水防覆冰铝和钢的表面。首先，铝和钢表 面的粗糙度会降低水蒸气的过饱和度，从而降低水滴的成核率和成核速度，延缓初始霜晶 的形成，起到抑霜的作用。其次，这种表面对水具有优良的超疏水性能和很低的粘滞力，与 水滴接触时，具有很高的接触角(> 150° )和极低的滚动角(1° )。超疏水性表面不但会 增大形成水珠的势垒，减小表面水滴凝结成液核的数量，同时会在与水滴接触时，在接触界 面截留空气形成"气垫"，显著减小水珠与固体表面的实际接触面积(< 10% )，从而在低温 时有效降低表面与水滴间的热量交换，增大水珠凝结所需的能量，最终使得水滴难以凝结 成核形成初始霜晶，并抑制在初始霜晶基础上生长的霜层的形成和生长。需要指出的是，由 于制备的铝和钢表面对水滴的粘滞性较低，水滴在这种表面极易滚落，轻微的振动，甚至是 风吹都有可能使得水滴滚落，从而不易吸附冻结形成霜晶，即使形成，也由于粘滞性较低而 极易滑落，从而不但起到了抑制结冰的作用，还起到了除冰的效果，真正实现铝和钢表面的 防覆冰。因此，在应用广泛的铝和钢表面制备具有一定粗糙度的超疏水防覆冰表面，不但会 更有效的延缓初始霜晶的出现，显著提高铝和钢表面的抗结冰性能，还可以利用表面的低 粘滞性来除冰，实现真正的铝和钢表面防覆冰。如在潜艇或舰船的外壳上制备这种超疏水 防覆冰表面，不但可保持表面的自清洁、提高航行速度和耐海水腐蚀性，还可使外壳在低温 条件下没有覆冰，从而为它们在低温条件下，如在南极、北极或其它高寒地区的航行，提供 保障。 本专利技术提供的制备工艺基于湿化学刻蚀法，所需原材料为丙酮、盐酸、氟硅烷、正 己烷、醋酸等常见溶剂，所需设备为超声波清洗机、恒温水浴槽、密闭容器、箱式电炉等常 见设备，工艺步骤和设备 作十分简单，且根据生产规模的需求，通过适当调整即可满足要求，效率高、成本低。此外，这种铝和钢表面超疏水防覆冰的处理方法，对铝和钢本身没有特 殊要求，且对复杂产品的一些不易涂镀的部位也能进行有效处理。因此，本专利技术提供的具有 粗糙表面的超疏水防覆冰铝和钢的表面处理方法适用性较广，易工业化应用。附图说明 图1为制备的超疏水防覆冰粗糙铝表面的扫描电镜图及表面水珠形态。 图2为未经处理的铝表面在结霜实验条件下的结霜形态(二值化处理后)。 图3为制备的超疏水防覆冰粗糙铝表面在结霜实验条件下的结霜形态(二值化处 理后)。 图4制备的超疏水防覆冰粗糙钢表面的扫描电镜图及表面水珠形态。 图5为未经处理的钢表面在结霜实验条件下的结霜形态(二值化处理后)。 图6为制备的超疏水防覆冰粗糙钢表面在结霜实验条件下的结霜形态(二值化处 理后)。具体实施例方式—种超疏水防覆冰粗糙铝和钢表面的处理方法 (1)前处理将铝片和钢片依次用丙酮、去离子水超声波清洗并烘干； (2)湿化学刻蚀将铝片或钢片悬挂于盛有盐酸溶液的密闭装置中，然后将密闭装置置于恒温水浴槽中，10(TC沸水温度下使盐酸挥发，并用挥发的盐酸刻蚀铝片或钢片，取出铝片或钢片本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超疏水低粘着性防覆冰铜表面的制备方法，其特征在于所述制备方法包括下列步骤：　　　　（１）前处理：将铝片和钢片依次用丙酮、去离子水超声波清洗并烘干；　　　　（２）湿化学刻蚀：将铝片或钢片悬挂于盛有盐酸溶液的密闭装置中，然后将密闭装置置于恒温水浴槽中，１００℃沸水温度下使盐酸挥发，并用挥发的盐酸刻蚀铝片或钢片，取出铝片或钢片后用清水冲洗并烘干；所述盐酸的体积分数为２０％－８０％，刻蚀时间为１５ｍｉｎ－１ｈ；　　　　（３）氟化处理：将刻蚀后的铝片和钢片放入盛有氟硅烷正己烷溶液的密闭容器内，并一同放入箱式电炉中２００－３００℃下保温１－２ｈ，实现铝片和钢片表面的氟硅烷修饰；随后取出样品，于１８０－３００℃下在空气中保温１－２ｈ，即可得到具备超疏水特性的铝和钢表面；制备的铝和钢表面的结霜实验表明，这种表面有很好的防覆冰性能；所述氟硅烷溶液的配制过程为：将氟硅烷溶于正己烷溶剂中，氟硅烷与正己烷溶剂的重量百分比为１－５％，再加入氟硅烷正己烷溶液重量的２－４％、ｐＨ值为３的醋酸水溶液，充分搅拌后即可使用。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张友法，余新泉，陈锋，李康宁，周荃卉，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]