[發明專利]一種具有仿荷葉超疏水金屬表面的涂層材料及其熱噴涂制備方法

有效

• 申請號: 202210332947.7
• 申請日: 2022-03-31
• 公開（公告）號: CN114561611B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 李長久;陳彪;雒曉濤;楊冠軍;李成新
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C23C4/08
• 分類號: C23C4/08;C23C4/06;C23C4/129;C23C4/18;C23C4/02;C23C8/10
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 范巍

本發明公開了一種具有仿荷葉超疏水金屬表面的涂層材料及其熱噴涂制備方法，采用火焰噴涂熱源將一定粒徑范圍內的球形/近球形金屬粉末顆粒加熱至表面熔化的半熔化狀態并具有一定的速度，定向噴射到經過一定預處理的金屬表面后，使半熔粒子以一定的表面覆蓋率焊接種植于基體表面，形成微米尺度的微凸結構表面，并通過原位與或結合后火焰氧化相結合的方法形成納米結構的氧化物殼層，再通過低表面能有機物的吸附處理，形成具有仿荷葉表面的微納階層結構的超疏水表面。本發明將為大面積低成本制備具有耐腐蝕、自清潔等高性能超疏水結構表面提供一種新方法。

技術領域

本發明屬于材料加工技術領域，具體涉及一種具有仿荷葉超疏水金屬表面的涂層材料及其熱噴涂制備方法。

背景技術

自然進化使得生物材料具有特別的宏觀、微觀結構，從而生物結構具有自適應性、自愈合能力以及優異的機械性能、潤濕性、粘附性等多種特點。在眾多的生物現象中，超疏水現象早就為人們所發現并關注，其中最具有代表性的就是荷葉的超疏水現象，也即“荷葉效應”。水滴落在荷葉表面會聚集成一顆顆的水滴，并不鋪展開，而且隨著荷葉在風中搖擺，水滴也在荷葉上滾動，將荷葉表面的灰塵、泥土“收集”起來一起帶走落入周圍的水中，這種自清潔能力使得荷葉在潮濕的環境中保持干燥潔凈。

對荷葉表面的微觀結構進行研究后，科研人員發現荷葉的超疏水性來源于表面的微米級乳突與覆蓋在乳突和表面上的疏水物質，因此仿荷葉表面構造通常采取構造微/納米粗糙結構并修飾以低表面能物質的方法，而如何大規模構造具有微/納米粗糙結構成為了仿荷葉表面制備的關鍵。

目前的仿荷葉表面制備方法有蝕刻法、微機械加工法、電化學法、溶膠-凝膠法、陣列納米管法、化學氣相沉積法、靜電紡紗法等。然而，這些方法有各自的缺點和局限性，如機械強度低、易老化、工藝或操作復雜、面積小、對基材有特殊要求等，特別是難以適用于大面積制備，而且成本相對較高。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種具有仿荷葉超疏水金屬表面的涂層材料及其熱噴涂制備方法，能夠克服現有的仿荷葉表面制備方法中存在機械強度低、生產控制不便、工藝操作復雜以及成本高的技術缺陷性問題。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

本發明公開的一種具有仿荷葉超疏水金屬表面的涂層材料的熱噴涂制備方法，包括以下步驟：

1)將球形/近球形的金屬噴涂粉末顆粒，采用火焰噴涂熱源加熱至表面熔化層熔化而內部處于固態的狀態，形成由液相層包覆固態芯的半熔化狀態粒子并加速形成半熔化粒子束流；

2)將半熔化粒子束流噴射到金屬基體表面，使半熔化粒子以一定的表面覆蓋率焊接種植于金屬基體表面，形成微米尺度的微凸結構表面；

3)對微米尺度的微凸結構表面進行氧化處理，形成表面覆蓋有納米結構化氧化物的結構化粗糙表面，再經過低表面能有機物的吸附處理，形成具有仿荷葉表面的微納階層結構的超疏水表面。

優選地，步驟1)中，所述球形/近球形的金屬噴涂粉末顆粒的尺寸為30～150μm。

優選地，步驟2)中，金屬基體表面為表面磨拋光處理過的光潔表面，或經過噴砂處理的粗糙表面，或噴涂Al合金涂層/Zn合金涂層的粗糙表面。

進一步優選地，所述金屬基體采用Fe基合金、Ni基合金、Ti與Ti合金、表面噴涂Al合金涂層的任意金屬合金基體或表面噴涂Zn合金涂層的任意金屬合金基體。

更進一步優選地，針對Fe基合金、Ni基合金或Ti與Ti合金，近球形的金屬噴涂粉末顆粒選擇Mo、Ta、或Nb；

更進一步優選地，針對表面噴涂Al合金涂層/Zn合金層的任意金屬合金基體，近球形的金屬噴涂粉末顆粒選擇Fe基合金、Ni基合金、或Ti與Ti合金。