[發明專利]一種利用熱壓變形法制備金屬基超疏油復合鑄層的方法

有效

• 申請號: 201610534243.2
• 申請日: 2016-07-07
• 公開（公告）號: CN106048665B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 江樹鎮;張瑞麟;郭鐘寧;羅紅平;劉江文
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學;佛山市鉻維科技有限公司
• 主分類號: C25D1/00
• 分類號: C25D1/00;C25F5/00
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所44329
• 代理人: 楊曉松

技術領域

本發明涉及一種熱壓變形法制備金屬基超疏油復合鑄層的方法，用于改變金屬表面潤濕性，使其具有超疏油特性。適用于大面積超疏油表面的制備，制備成本低，易實現，屬于電化學沉積領域。

背景技術

潤濕(Wetting)是固體界面由固-氣界面轉變為固-液界面的現象。而潤濕性(wettability)是指一種液體在一種固體表面鋪展的能力或傾向性。潤濕性是存在自然界中的普遍現象，例如雨水落在荷葉表面后形成球狀液滴而滾落的現象以及荷葉“出淤泥而不染”的自清潔效應，即為超疏水現象。此外許多動植物如水黽的腳、蝴蝶的翅膀、水稻葉等，也具有超疏水性能。研究表明，所有這些表面所具有的超疏水特性是由于微納米粗糙結構和低表面能物質共同作用形成的。

潤濕性同時也是材料科學和表面工程領域的重要方面，在日常生活、工業生產，農業生產中有許多重要應用。所謂超疏水是指水滴在固體表面的靜態接觸角超過150°，同理，超疏油即油滴在固體表面的靜態接觸角超過150°。然而，油滴的表面張力遠小于水滴的表面張力，因此，制備具有超疏油特性的固體表面，其難度較之超疏水表面更大，更難實現。相關研究表明，要制備空氣中超疏油表面除了需要低表面能分子的修飾外，還要在其帶微納米粗糙結構表面上引進凹入表面曲率，使得微納米粗糙結構呈內凹或懸臂狀。這給制造工藝提出更大的挑戰。

目前，大量的文獻已經報道了人工仿生超疏水表面，這些材料在表面自清潔，防冰，防霧，防污染，防腐蝕，流體減阻中有廣泛的應用。關于疏油表面的報道相對較少，但超疏油表面在工農業生產中比如防油性涂料，海水防污處理，石油管道防油爬行，油水分離中都有巨大的應用空間。金屬材料在工程中大量應用，使用面極其廣泛，然而金屬的抗污染防腐蝕性能較差，因此在金屬上制備具有超疏油特性表面具有重大意義。

所謂表面織構(Surface texture)是指物體表面具有一定尺寸和排列的凹坑、凹痕或凸包等圖案的陣列。具有微納米尺度微觀織構的表面在表面能、光學特性、仿生特性、機械特性、流體動力學特性及摩擦磨損性能等方面與光滑表面表現出截然不同的特點，這為眾多學科研究注入了新的活力，并且在許多工程領域展示出巨大的應用潛力。

疏油表面的制備方法通常遵循自下而上或自上而下的方法。現有制備超疏油表面的工藝方法大致有以下幾種：(1)無模板濕法刻蝕(2)飛秒激光刻蝕法(3)靜電紡絲法(4)電沉積法(5)溶膠-凝膠法等。

現有技術主要存在以下缺點：(1)無模板濕法刻蝕可以刻蝕硅和聚合物表面，效率高成本低，但刻蝕表面形貌可控性差，該法容易得到超疏水表面，但不易獲得超疏油表面。疏油表面可以通過Bosch刻蝕法獲得，但工藝復雜，成本高昂；(2)飛秒激光刻蝕法能夠制備精度高、形貌規則的微納嵌套結構表面，但該工藝效率低，不適合大規模制造，且設備極其昂貴；(3)靜電紡絲法通過利用微/納米細絲在表面構筑粗糙結構，可大面積制備超疏水材料，但是制備出的超疏水材料表面微結構的可控性和均勻性較差，耐磨性差，使用壽命較短；(4)普通的電沉積法可以沉積金屬或聚合物，能高效便捷地制備具有微納米粗糙結構表面，但形貌隨機性強，不易控制，且不易產生內凹或懸臂的二次凹槽結構。

發明內容

針對上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提出一種利用熱壓變形法制備金屬基超疏油復合鑄層的工藝，是普通電沉積法的改進，可以產生形貌可控的內凹或懸臂的二次凹槽結構。

根據本發明的一個方面，提出一種利用熱壓變形法制備金屬基超疏油復合鑄層的方法，包括如下步驟：(1)將經過除油去污的金屬基底作為電鑄陰極，鎳板作為陽極連接電源，在陽極和陰極之間通以彌散分布有聚合物材料的微顆粒球的鎳基電鑄液構成電鑄系統，通電使電鑄液中聚合物微顆粒球和鎳離子在金屬基底表面共沉積形成厚度約為50～80um的鎳基彌散復合電鑄層；(2)電沉積完成后將沉積有電鑄層的金屬基底作為陽極進行電解，去除電鑄層表面上極薄的一層鎳金屬，使得顯露出來的彌散分布的聚合物微顆粒球自身作為微凸體結構；(3)將經過電解加工的工件用精密磨床將工件表面微凸體的高度磨至基本一致；(4)將一光滑平直的壓板升溫至所選聚合物材料的熔點附近，保持該溫度并將其放置于制備好的工件表面微凸體上，通過施加一定壓力的方式使微凸體發生非均勻變形，變形后靠近高溫壓板表面的部位變寬，而其他部位只發生很小的變化，得到開口小于內腔的表面超疏油內凹結構；(5)最后將工件和滴有氟硅烷的承載片共同置于密閉容器中進行烘烤使氟硅烷通過吸附作用在工件表面形成一層納米薄層的低表面能物質，最終使金屬表面達到超疏油性能。