[發明專利]一種金屬鋯超疏水表面的制備方法

有效

• 申請號: 201010272135.5
• 申請日: 2010-09-03
• 公開（公告）號: CN101941000A
• 公開（公告）日: 2011-01-12
• 發明（設計）人: 李凌杰;閻東霞;謝昭明;雷驚雷;何建新;潘復生
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: B05D5/08
• 分類號: B05D5/08;B05D3/10;C23F1/30;C25D11/26
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 張先蕓

技術領域

本發明屬于金屬材料表面處理領域，具體涉及一種金屬鋯超疏水表面的制備方法。

背景技術

超疏水是一種特殊的表面浸濕性，超疏水表面一般是指與水滴的接觸角大于150℃的表面。金屬超疏水表面在生產生活以及基礎研究領域具有廣泛而重要的用途，如具有超疏水能力的金屬表面可以起到自清潔、抑制表面腐蝕和表面氧化的效果；輸電及有線通訊線路所用金屬表面具備超疏水能力則可減輕雨雪霜凍的聚集，提高線路安全性；船舶艦艇的金屬外殼或金屬管道的內壁具備超疏水能力，則可減少摩擦阻力、提高行駛或輸運速度，降低噪音和能耗；等等。因此，近年來金屬超疏水表面的制備越來越受到人們的關注。一般認為，在金屬表面構筑納米與微米相結合的粗糙結構是制備金屬超疏水表面的關鍵。圍繞此，人們發展了多種制備金屬超疏水表面的方法，如低壓氧化法、刻蝕法、噴砂/去砂法、微弧氧化法等，利用這些方法成功制備了銅、鋁、鈦、鎂等金屬及合金的超疏水表面，如中國專利CN?101476121A“利用低壓氧化法在銅表面制備超疏水薄膜的方法”，CN100558472C“鋁及鋁合金超疏水表面的制作方法”，CN?101191227A“在鈦合金上制備超疏水性表面的方法”，CN?101469425A“鎂合金超疏水表面的制備方法”，等等。

金屬鋯材不僅是重要的核材料，而且廣泛應用于化工設備制造如醋酸、農藥、塑料等行業用反應器、熱交換器、泵、閥、管道等。如果能通過適當方法賦予金屬鋯表面超疏水性質，則可提高鋯材及其制品的自清潔、防腐蝕、防雨雪霜凍能力，降低維護成本、延長使用壽命；倘若鋯材制成的管道內表面具備超疏水性，則可有效減少輸送耗能，提高輸送速度、降低輸送成本。由此可見，制備金屬鋯超疏水表面意義重大。然而，目前未見有金屬鋯超疏水表面及其制備方法的研究報道。

發明內容

針對目前金屬鋯超疏水表面的研發空白，本發明的目的是提供一種金屬鋯超疏水表面的制備方法。

本發明的目的是這樣實現的：

一種金屬鋯超疏水表面的制備方法，其特征在于依次包括如下步驟：

①化學浸蝕：將清潔的金屬鋯材置于2～8℃的化學浸蝕液中浸蝕1～2s取出，然后用水沖洗，重復上述操作3～5次；

②陽極氧化：以經過步驟①化學浸蝕處理的鋯材為陽極，以大面積石墨片為陰極，以含少量氟化物水溶液的有機醇溶液為陽極氧化液進行陽極氧化處理，陽極氧化電壓為20～80V，溫度為10～35℃，時間為2～6h；

③超聲剝膜：將步驟②陽極氧化處理后的鋯材置于室溫下的無水乙醇中超聲除去表面的陽極氧化膜，超聲功率為25～60kW，時間為8～20min；

④自組裝低表面能物質：將步驟③超聲剝膜處理后的鋯材置于室溫下的疏水處理液中浸泡4～8h，取出后用水沖洗，然后于80～95℃下固化1～2h，即得具有超疏水性質的金屬鋯表面；

所述化學浸蝕液由15g/L的硼酸溶解在體積比為2∶5∶3的氫氟酸、硝酸和水的混合液中配制而成；

所述氟化物水溶液中的氟離子在陽極氧化溶液中的質量百分含量為0.27～0.56％，氟化物水溶液中的水在陽極氧化溶液中的質量百分含量為1.26～2.39％；

所述疏水處理液為含0.002～0.01mol/L硅氧烷低表面能物質和含水0.01～0.03mol/L的乙醇或甲醇溶液中的一種。

所述氟化物水溶液由氟化氨、氟化鉀、氟化鈉中的任意一種與水配制而成，或由氟化鈉與六氟硅酸鈉、四氟硼酸鈉中的其中一種混合與水配制而成。

所述有機醇為乙二醇，或乙二醇與丙三醇、異丙醇、正丁醇中其中一種的混合醇液。

所述硅氧烷低表面能物質為：十二烷基三乙氧基硅烷或十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷。

所述鋯材為鋯質量百分含量大于98.0的純鋯及鋯合金，以及鋯質量百分含量大于55.0的鋯鉿合金、鋯鉭合金。

本發明具有下述優點：

1、通過本發明的步驟1、2和3之后，可在金屬鋯表面原位構筑納/微粗糙結構，再通過步驟4對鋯表面進行疏水化處理，從而得到金屬鋯超疏水表面。該金屬鋯超疏水表面具備優良的超疏水性質，與水滴的接觸角可達到157-163°，滾動角小于3°，可滿足工業領域對金屬鋯超疏水表面的需要。

2、本發明方法制備工藝簡單、無需復雜設備，生產成本低，操作方便、重現性好，易于大批量制備和工業化生產。

3、采用本發明方法獲得的金屬鋯超疏水表面，應用范圍廣：

(1)可用于鋯材及其制品表面的自清潔和防腐蝕，降低維護成本。

(2)可用于鋯材制成的管道內表面，能減小阻力，提高輸運速度、降低輸運成本。