[發明專利]一種電腐蝕法快速大面積制備鐵基超疏水表面的方法

在審

• 申請號: 201510012667.8
• 申請日: 2015-01-09
• 公開（公告）號: CN104532337A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 劉洪濤;孫慶賀
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: C25F3/06
• 分類號: C25F3/06
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及一種制備鐵基超疏水表面的方法，特別是一種電腐蝕法快速大面積制備鐵基超疏水表面的方法。

背景技術

超疏水表面具有高承載力、耐腐蝕、自清潔、減阻、抗結冰結霜等性能，因此其在軍事、通訊、生物醫學等眾多領域都有著廣泛的應用前景。超疏水表面的制備和應用研究一直以來都是科學家的研究熱點，由固體浸潤性的基本理論我們知道，影響固體材料浸潤性主要有以下兩方面因素：表面自由能和表面粗糙度，因此在制備超疏水表面時也主要是從這兩點出發。對于固體光滑表面，即使它具有最低的表面能(為6.7×10^-3J/m²)，它與水的接觸角也只能達到120°左右。與構筑二元微納米粗糙結構相比，用低表面能的材料修飾的技術相對比較簡單和成熟，因此如何構建微納米粗糙結構成為人工制備超疏水表面的關鍵，也是表面科學領域的重要研究課題之一。

目前已有許多在金屬表面制備超疏水表面的方法，如溶液浸泡法、電化學沉積法、化學腐蝕法、陽極氧化法、化學沉積法等。但是現有的技術還存在許多不足，如表面機械強度不高，工藝過程比較復雜，表面耐磨性持久性不足，對設備的要求比較高，難以實現大范圍的制備等。因此目前超疏水表面仍舊處于基礎性研究階段，其規模化的實際應用受到限制。

無槽電腐蝕技術相對于化學槽鍍腐蝕，腐蝕速度大大提升，而且其設備輕便、工藝靈活，具有高效、可大面積制備、易于野外施工等特點，本發明采用無槽電腐蝕技術，成功制備了鐵基超疏水表面，對超疏水表面快速高效、大面積制備及其應用有重要意義。

發明內容

本發明的目的是要提供一種電腐蝕法快速大面積制備鐵基超疏水表面的方法，解決目前超疏水表面制備過程中存在的工藝過程復雜，生產效率低，生產成本高，野外施工困難，難以實現大面積制備，超疏水表面耐用性不足的問題。

本發明的目的是這樣實現的：該制備超疏水表面的方法步驟：

(1)表面微納粗糙結構的構建：

將Q345碳鋼基體分別用200、600、1000目的砂紙打磨，清洗后烘干；

配制電腐蝕所需的電凈液和Ⅱ號活化液；

表1電凈液成分

表2ⅱ號活化液成分

按照電凈-去離子水沖洗-活化-去離子水沖洗的順序在碳鋼基體上腐蝕出微納米雙重粗糙結構；電腐蝕工藝參數：

表3電腐蝕工藝參數

(2)表面修飾：

電腐蝕工藝在碳鋼表面制備出微納米雙重粗糙結構，然后對其進行低表面能修飾以達到超疏水性能；將電腐蝕后經清洗的試樣放入配制的硬脂酸乙醇溶液中，在60℃下浸泡60分鐘，取出在80℃的烘箱中烘干1小時；所述的硬脂酸乙醇溶液為0.02mol/L。

當腐蝕電壓為10V，腐蝕速度為4m/min，腐蝕時間為30s時為最佳工藝參數，經修飾后表面接觸角可達到151.5±0.9°，滾動角小于2°；超疏水層可進一步進行發黑處理，提高其抗腐蝕性。

有益效果，由于采用了上述方案，針對目前超疏水表面制備過程中存在的工藝過程復雜，生產效率低，生產成本高，野外施工困難，難以實現大面積制備，超疏水表面耐用性不足的缺陷，利用可快速大面積制備超疏水表面的電腐蝕工藝，直接在鋼鐵基體表面上制備了超疏水層。1、利用電刷鍍設備進行電腐蝕，可以在鐵基體上快速、大面積制備超疏水表面，成本低，易于攜帶，可在野外施工。僅需30s就構建了超疏水表面所需要的粗糙結構。2、最佳電腐蝕工藝參數：工作電壓為10V，腐蝕速度為4m/min，腐蝕時間30s為最佳工藝參數，表面的接觸角最大，特別是滾動角小于2°。解決了目前超疏水表面制備過程中存在的工藝過程復雜，生產效率低，生產成本高，野外施工困難，難以實現大面積制備，超疏水表面耐用性不足的問題，達到了本發明的目的。

本發明具有以下優點：

1、設備簡單易攜帶，設備僅為一臺刷鍍電源，體積小，重量輕，價格低，可用于野外施工；

2、可實現超疏水表面的大面積、快速制備，為超疏水表面的工業化應用提供了可行性；

3、腐蝕表面為微納米雙重粗糙結構，接觸角可達151.5±0.9°，滾動角小于2°，疏水效果良好。

4、超疏水層與基體碳鋼為同一體，不存在其他超疏水表面與基體的結合力問題，耐用性好。

5、超疏水層可進一步進行發黑處理，提高其抗腐蝕性。

附圖說明：

圖1是本發明的工藝流程圖。

具體實施方式