[發(fā)明專利]一種超疏水鋁及鋁合金表面的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310739501.7
• 申請日: 2013-12-27
• 公開（公告）號: CN103695906A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發(fā)明（設計）人: 王智杰;紀惟惟;龔靜華;馬敬紅;徐堅
• 申請（專利權(quán)）人: 東華大學
• 主分類號: C23C28/04
• 分類號: C23C28/04;C23F1/36;C23C16/30;C23C16/02;B05D5/08
• 代理公司: 上海泰能知識產(chǎn)權(quán)代理事務所 31233
• 代理人: 黃志達

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于疏水材料的制備領(lǐng)域，特別涉及一種超疏水鋁及鋁合金表面的制備方法。

背景技術(shù)

超疏水表面是在自然界生物的長期進化中產(chǎn)生，許多動植物(如荷葉、水稻葉、蟬翼和水黽腿)表面具有超疏水和自清潔效果。超疏水表面一般指與水的靜態(tài)接觸角大于150°的表面，具有超疏水、自清潔和防腐蝕等特性，使其在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有較大的應用潛力。超疏水表面技術(shù)應用于金屬材料，可以起到自清潔、抑制表面腐蝕和表面氧化、降低摩擦系數(shù)以及增強抗霜凍性能的效果，因此，制備金屬超疏水表面，具有極為廣闊的應用前景。

目前，對于超疏水鋁或鋁合金表面的制備方法已有很多，由于制備過程或采用特殊的制備設備和工藝，或采用昂貴的低表面能物質(zhì)進行修飾，造成制備成本高，操作復雜，可控性差等，不適用于工業(yè)化批量生產(chǎn)。即使有些有望實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的一些制備方法中，也仍然存在工藝不夠簡便、制備成本高等問題。在已有的金屬材料制備超疏水表面的各種方法中，主要技術(shù)特點是通過構(gòu)建合適的金屬粗糙表面，然后在所制得的粗糙表面上修飾低表面能物質(zhì)，即分步制備工藝。如Guo等在《Journal?of?the?American?Chemical?Society》雜志2005，127，15670-15671上報道了采用將鋁合金浸入到一定濃度的氫氧化鈉水溶液中刻蝕一段時間后，再在表面上修飾低表面能材料，從而得到了與水滴接觸角高達161°的穩(wěn)定的超疏水表面。Zhang等在《Angewandte?Chemie?International?Edition》雜志2008，47，2466-2469上報道了采用水熱法原位在鋁片上成功地合成出一種ZnAl-LDH–NO₃^-類水滑石粗糙薄膜，通過用長鏈脂肪酸鈉鹽修飾，獲得了超疏水自清潔性的表面。Ruan等在《Langrnuir》雜志2013，29，8482-8491上報道了通過結(jié)合陽極氧化和化學刻蝕方式對鋁合金的表面上構(gòu)筑了粗糙表面，制得了疏水性能良好的表面，并具有優(yōu)異的抗霜凍性能。專利方面例如，梁叔全等在《在鋁合金表面構(gòu)建超疏水結(jié)構(gòu)的制備方法》(申請?zhí)朇N201110007252.3)中采用化學刻蝕的方法，在鋁合金表面用草酸和鹽酸表面刻蝕構(gòu)造出粗糙結(jié)構(gòu)，再利用硬脂酸進行表面修飾，制備得到鋁合金超疏水表面，制備工藝簡單，且無需任何昂貴的設備和復雜的化學處理過程，但是化學刻蝕的質(zhì)量不易控制。雷驚雷等在《一種高強鋁合金表面超疏水防護膜的制備方法》(申請CN201210314685.8)中提到的制備方法，通過稀土硝酸鹽水溶液在高強鋁合金表面構(gòu)建微/納粗糙的稀土氧化膜，再采用十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷與無水乙醇的疏水處理液對膜進行表面修飾的方法，也是將制備工藝分為兩步，而且原料不易得到，價格昂貴，存在成本高的問題。劉燕等在《一種鋁合金仿生超疏水表面的制備方法》(申請?zhí)朇N201310079939.7)中所述的化學刻蝕法，先是在鋁合金表面進行激光加工，得到無數(shù)微尺度弾坑狀結(jié)構(gòu)的表面，再將試樣浸入化學刻蝕溶液中，使試樣表面的形貌特征發(fā)生改變，最后將化學刻蝕后的鋁合金放入含有DTS的甲苯溶液中進行修飾，最后得到了具有微納米雙層分級結(jié)構(gòu)的鋁合金超疏水表面，但這種制備工藝復雜，可控性差，效率低且綜合成本并沒有得到有效降低，并不適宜大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)推廣，因此尋求一種真正意義上的簡便易行，成本低廉，且能獲得性能優(yōu)良的超疏水表面的方法仍是目前人們研究的重點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種超疏水鋁及鋁合金表面的制備方法，該方法采用常溫常壓下浸泡鋁或鋁合金獲得粗糙表面，然后采用自組裝法進行超疏水表面修飾改性，得到超疏水鋁或鋁合金表面，該方法操作簡單，效果好。

本發(fā)明的一種超疏水鋁及鋁合金表面的制備方法，包括：

（1）清洗處理：在常溫常壓下將鋁或鋁合金依次用丙酮和乙醇清洗，以除去表面油污，得到清潔的鋁或鋁合金；

（2）表面粗糙化：將上述清潔的鋁或鋁合金在含偏鋁酸鈉和尿素的水溶液中處理，該步驟是原位腐蝕鋁或鋁合金的表面，同時沉積Al(OH)₃納米顆粒，以粗糙化鋁或鋁合金表面；

（3）疏水化處理：將經(jīng)過步驟（2）處理后的鋁或鋁合金在120～150℃下進行化學氣相沉積，將疏水化合物修飾在其表面，即得到鋁基超疏水表面。

步驟（1）中所述的鋁或鋁合金的表面為平面、曲面或者不規(guī)則表面。

步驟（2）中所述的含偏鋁酸鈉和尿素的水溶液中偏鋁酸鈉的濃度為0.15～0.5M，尿素的濃度為0.3M～1.0M。