[發明專利]一種利用超音速火焰噴涂制備超疏水表面的方法

在審

• 申請號: 201710478657.2
• 申請日: 2017-06-22
• 公開（公告）號: CN107299308A
• 公開（公告）日: 2017-10-27
• 發明（設計）人: 劉艷;席乃園;陳輝;杭宗秋;劉楠;張相寧
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: C23C4/129
• 分類號: C23C4/129;C23C4/10;C23C4/18
• 代理公司: 成都眾恒智合專利代理事務所(普通合伙)51239
• 代理人: 吳桐

本發明公開了一種利用超音速火焰噴涂制備超疏水表面的方法，其步驟如下：A、對基體表面進行預處理；B、采用超音速火焰噴涂方法在預處理后的基體表面上制備碳化鎢體系涂層，所述噴涂粉末為碳化鎢體系粉末；C、在步驟B制備的碳化鎢體系的涂層表面修飾一層低表面能物質，即可獲得超疏水涂層。該方法具有可在多種復雜結構的工件基底上大面積的制備超疏水表面，制作工藝簡單，制備效率高，適合現場施工，成本低等優勢。且本方法制備的疏水表面不僅具有優良的疏水性能和自清潔效應，而且兼具金屬涂層的韌性和陶瓷涂層耐磨耐腐蝕性能，并具備一定的防覆冰功能。

技術領域

本發明涉及超疏水涂層的制備技術與方法，具體涉及一種利用超音速火焰噴涂制備超疏水表面的方法。

背景技術

超疏水材料是一種仿生材料，其研究源于人們對荷葉疏水特性的研究，在研究荷葉表面時，發現水滴在荷葉的表面會迅速滾落而不留痕跡，并且能帶走表面的污物，因此荷葉表面總是保持干凈的狀態。于是，這種自我清潔功能就被稱為“荷葉效應”。近年來，由于超疏水材料表面特殊的浸潤性，已被廣泛應用如抗腐蝕、自清潔、減阻、防霧防冰等眾多領域。

一般認為超疏水狀態即材料表面與液滴接觸角大于150°，滾動角小于5°。而要達到這樣特殊的表面潤濕性能則需要滿足兩個基本條件，其中包括表面微納米復合的粗糙結構和較低的表面自由能。目前國內外應用最多的制備超疏水表面的方法有模板法、刻蝕法、電化學沉積法、自組裝法、靜電紡絲法等。上述方法均有報道可獲得超疏水表面，但仍存在例如制備過程復雜，對基體局限性較差，工業應用范圍較窄，且表面功能易失效等缺陷。因此，研究一種工業應用適用性廣，涂層性能穩定，且制備工藝簡單的超疏水表面制備方法非常重要。

申請號201410519407.5的專利申請公開了一種將疏水氣相SiO₂和硅橡膠預聚物混合后的懸浮液噴涂在基體材料表面，再進行固化處理從而獲得透明超疏水涂層的方法。

申請號為201410666074.9的專利申請公開了一種利用超音速電弧噴涂方式將金屬絲材融化、霧化、再加速沉積在基體表面形成具有粗糙結構的涂層，再經低表面能修飾后高溫固化得到超疏水涂層的方法。

現有多數制備方法均可獲得接觸角高于150°的超疏水表面，但仍存在著各自的局限性，如上述兩種方式中懸浮液噴涂所得超疏水薄膜以及電弧噴涂所得金屬涂層均存在耐摩擦性能差的缺陷，且金屬涂層表面結構易受腐蝕影響，使得超疏水表面結構和性能穩定性降低，因此，發展一種能夠大規模制備且涂層性能穩定的超疏水涂層制備方法非常重要。

發明內容

本發明的發明目的是提供一種利用超音速火焰噴涂制備超疏水表面的方法，該方法具有可在多種復雜結構的工件基底上大面積的制備超疏水表面，制作工藝簡單，制備效率高，適合現場施工，成本低等優勢。且本方法制備的疏水表面不僅具有優良的疏水性能和自清潔效應，而且兼具金屬涂層的韌性和陶瓷涂層耐磨耐腐蝕性能，并具備一定的防覆冰功能。

本發明實現其發明目的所采取技術方案是：一種利用超音速火焰噴涂制備超疏水表面的方法，其步驟如下：

A、對基體表面進行預處理；

B、采用超音速火焰噴涂方法在預處理后的基體表面上制備碳化鎢體系涂層，所述噴涂粉末為碳化鎢體系粉末；

C、在步驟B制備的碳化鎢體系的涂層表面修飾一層低表面能物，即可獲得超疏水涂層。

本發明的基本原理是：首先對基體表面進行常規預處理；然后采用超音速火焰噴涂方法在預處理后的基體表面上制備碳化鎢體系的涂層：超音速火焰噴涂在的燃燒室中利用高壓氧氣與丙烷燃燒產生高速焰流，再經過特殊設計的噴嘴形成超音速高溫焰流，此焰流加熱加速碳化鎢體系粉末至基體表面，通過控制超音速火焰噴涂的壓縮空氣壓力、氧氣流量、燃氣流量、送粉量以及噴涂距離等參數在基體表面形成與基體表面具有較高結合強度的粗糙結構(微納米復合結構)表面；最后在具有粗糙結構的涂層表面修飾一層低表面能物質即可得到超疏水表面。