[發明專利]一種鈦合金超疏水表面的制備方法

有效

• 申請號: 201410403426.1
• 申請日: 2014-08-15
• 公開（公告）號: CN104178759A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發明（設計）人: 許開強
• 申請（專利權）人: 民勤縣威瑞環保有限責任公司
• 主分類號: C23C22/64
• 分類號: C23C22/64
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明屬于金屬表面處理技術領域，具體涉及一種鈦合金超疏水表面的制備方法。

背景技術

鈦合金是以鈦為基加入其他元素組成的合金，具有密度小、高比強度、耐高溫、耐腐蝕、無磁、透聲、抗沖擊振動等良好的綜合性能。近年來，隨著其綜合性能的優化以及成本的下降，鈦合金越來越多地用于化工機械、船舶工業、汽車工業和石油天然氣工業等領域中，還在生物醫藥和體育用品等領域中開始使用，成為目前應用最為廣泛的合金之一。然而，鈦合金存在原料成本高、冶煉或熔煉工藝復雜，材料抗摩擦磨損性能差等問題，如抗摩擦磨損性能差，導致鈦合金材料在航天工業中受到限制；用于海洋工業中，需要鍍層防護層以減緩腐蝕等。目前，隨著海洋技術和海洋科學的進步，深海資源探測已成為熱點，因此，開發一種能夠高強度、低成本、無需鍍層的鈦合金表面成為各國研究熱點。

超疏水表面具有自清潔、減阻減摩、防結霜、抑制表面腐蝕等特點。用于遠洋輪船則可防污和防腐，用于石油輸送管道、微量注射器針尖能有效防污和防水。研究表明，在超疏水表面上，水滴或污水(如泥水、墨水等)通常會形成亮晶晶的球形水珠，水珠不能滲透到基材里面，稍微傾斜表面或在微風的作用下，水珠就會立刻從表面迅速滾落，水珠滾落的同時將沉積在表面的灰塵帶走，起到自清潔的作用。若將超疏水表面用于鈦合金，則可解決上述海洋、航天工業應用中的問題。因此，超疏水鈦合金表面研究也成為當下最熱技術，中國專利CN?102051615?A、CN?102618913?A、CN101191227?A、CN?101748411?A通過化學或物理方法在其表面形成疏水層，解決了鈦合金耐磨損性差、海洋工業應用中需鍍層等問題。然而，現有鈦合金超疏水表面存在共同的問題：耐磨性能仍不能滿足航天工業中的應用要求；鈦合金原料成本高；并且現有鈦合金超疏水表面制備方法都采用鈦合電化學反應在其表面形成微納米鍍層，然后進行旋涂或蒸發沉積形成超疏水表面，工藝步驟復雜緩慢，一般不能實現大規模工業化生產。

為了解決上述問題，本發明提供一種成本低、耐磨性好，制備工藝相對簡單鈦合金超疏水表面的制備方法，通過物理方法使鈦合金表面形成微米化結構，然后將表面活性化處理的空心微珠包覆至鈦合金表面，最后通過化學方法在空心微珠外側(裸露)表面接枝丙烯酸類氟化物，形成由內至外的“鈦合金-空心微珠-丙烯酸類氟化物”三層包覆結構，不僅實現表面超疏水特性，還增強了其耐磨性(空心微珠)，更重要的是通過填充空心微珠而減少鈦合金原料用材，降低了原料成本。作為對比，劉家琴、吳玉程、薛如君在物理化學學報，2006，22(2)：239～243公開了《空心微珠表面化學鍍Ni-Co-P合金》，通過PdCl₂和SnCl₂對空心微珠進行敏化處理，然后通過電化學反應將Ni、Co、P包覆至空心微珠表面，得到外鍍合金層的空心微珠，與本發明具有明顯的區別。

發明內容

本發明的目的在于：克服現有鈦合金超疏水表面耐磨性差，原料成本相對較高，制備工藝復雜緩慢的缺陷。提供一種耐磨性高，機械性能更高，生產成本低，制備工藝簡單，快速的鈦合金超疏水表面的制備方法。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種鈦合金超疏水表面的制備方法，先將鈦合金進行機械拋光，并用乙醇、丙酮清洗，然后將經表面敏化處理的空心微珠包覆至拋光面上，最后將丙烯酸類氟化物接枝于空心微珠外側表面，形成具有超疏水性能、高耐磨性能的超疏水鈦合金表面。

所述的一種鈦合金超疏水表面的制備方法，其特征在于：該方法依次包括以下步驟：

1)機械拋光：將鈦合金置于溫度為120～150℃的稀堿液中浸泡5～8小時，待其表面軟化后機械拋光，再分別用丙酮、乙醇依次超聲清洗，所述的稀堿液濃度為2～3mol/L；

2)空心微珠表面處理：將空心微珠加入到質量分數為40～45％的氫氧化鈉溶液中，在30～35℃的溫度條件下攪拌2～2.5h，過濾并取出空心微珠；冷卻至室溫，用75％乙醇水溶液洗滌空心微珠，再用去離子水洗滌；

3)空心微珠表面敏化處理：采用敏化-活化的預處理方法使空心微珠表面預沉積一層具有催化活性的貴金屬Pd層以獲得具有催化活性的表面，然后用稀堿液浸泡空心微珠12～24小時；

4)空心微珠包覆鈦合金表面：將機械拋光后的鈦合金加到空心微珠的堿液中，再加入硅烷偶聯劑，迅速升溫至150～180℃，劇烈攪拌8～12小時，形成“鈦合金-空心微珠”雙層結構；