[發明專利]在銅合金表面原位構筑超疏水涂層的方法

有效

• 申請號: 202010061852.7
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111005014B
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發明（設計）人: 姜穎;張國騰;邢娟娟;顧輝
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: C23C22/68
• 分類號: C23C22/68;C23C22/83
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

為填補現有技術空白，本發明首次公開了一種在銅合金表面原位構筑超疏水涂層的方法：向銅合金中引入二價、三價元素(如Zn、Al)，將該銅合金浸泡在氯化鈉溶液中，可原位獲得層狀雙金屬氫氧化物/氧化物多級結構薄膜；確定合成的多級結構的微觀形貌和物相種類，通過調節制備涂層的溫度，構筑了不同密度的多級結構；確定了在全氟辛基三乙氧基硅烷修飾后的表面的靜態接觸角；并用電化學測試表征了含超疏水涂層銅合金的防腐蝕性能，從而證明超疏水涂層抗腐蝕能力。本發明為首次提出的在銅合金表面原位構筑超疏水涂層的方法，簡單方便、節能環保且成本低廉，可控性強，并且與銅合金基體的結合力強、結構穩定、實用性較強，可廣泛應用于工業生產。

技術領域

本發明涉及一種金屬材料表面超疏水涂層的制備方法，特別是涉及一種在銅合金表面原位構筑超疏水涂層的方法，應用于銅合金工程材料防腐蝕涂層制備技術領域，屬于金屬的腐蝕與防護技術領域。

背景技術

銅合金是當前除了鋼鐵、鋁合金之外最重要的合金種類，它在電氣化和電子信息、海洋發展中具有舉足輕重的作用。銅有較高的正電位，是耐腐蝕的金屬，在海洋領域的使用量中僅僅次于鋼鐵，因此在冷熱水管道、海洋和海水等工業中廣泛使用。但在含氧的氯離子溶液中，銅會形成絡合離子，發生的腐蝕較為嚴重。目前在銅合金的腐蝕與防護領域常用的方法有：添加緩蝕劑、形成保護層、陰極保護法等。近年來超疏水涂層應用在金屬的腐蝕防護領域的應用，引起了科學界和工業界的廣泛關注。超疏水涂層在防霧、自清潔等方面有著優異的表現。構筑超疏水涂層的較為關鍵的兩個因素：在基體表面創建多層級的微納結構和利用低表面能的物質對微納結構進行修飾。超疏水涂層的構筑方法有模板法、濕化學法、水熱合成法、電化學沉積法、靜電紡絲法、自組裝和層層組裝法、等離子刻蝕法、化學氣相沉積法、溶膠-凝膠法。層狀雙金屬氫氧化物由帶二價和三價的金屬離子正電荷主體層板，層間陰離子及水分子構成。其化學通式為:[M²⁺_1-xM³⁺_x(OH)₂]^x-A^n-_(x/n)·mH₂O,其中M²⁺、M³⁺分別是位于層板上的二價、三價金屬離子，A^n-代表層間陰離子，m是水分子的個數。層狀雙金屬氫氧化物在近些年在催化、光學、薄膜等領域得到了廣泛的應用。目前已有很多研究者開始研究層狀雙金屬氫氧化物在金屬腐蝕與防護領域的運用。

專利CN110116083A利用改性劑對基體的表面進行改性處理之后，將摻雜了緩蝕劑的疏水性物質制備成自修復疏水性材料，再與基體結合，得到超疏水涂層，這種防腐蝕材料能夠主動修復破損位置；專利CN109746172A先在金屬基體表面構筑微納結構，然后再噴涂粘結劑，最后經過低表面能物質疏水改性之后獲得超疏水涂層；專利CN102716848A在非平面鐵表面構筑防腐蝕的超疏水納米復合薄膜，先對鐵表面預處理，然后將非平面鐵基體表面構筑聚合物粘合層，再將聚合物粘合層表面構筑TiO₂/SiO₂納米復合膜，經過煅燒處理之后，在非平面鐵基體/TiO₂/SiO₂納米復合膜表面氟硅烷基化處理，構筑成超疏水型TiO₂/SiO₂納米復合薄膜；專利CN102634835A采用原位合成技術，在表面經陽極氧化后的鋁片上生長層狀雙金屬氫氧化物薄膜，用具有抗腐蝕性的氨基酸類陰離子表面活性劑對薄膜進行修飾后，薄膜的防腐蝕性能顯著提高；但以上專利仍存在以下問題：

1.利用先表面改性再構筑微納結構的方法的超疏水涂層在浸泡在海水中時性能不夠穩定，結合力較弱，腐蝕涂層失效的風險較大；

2.所制備利用陽極氧化之后的鋁基體表面構筑層狀雙金屬氫氧化物需要另外加入其他的陽離子的鹽溶液，制備過程復雜；

3.在原位生長層狀雙金屬氫氧化物薄膜的金屬基體多為鋁合金，而在銅合金表面原位構筑層狀雙金屬氫氧化物的發明尚未有所報道。