专利名称：一种具有耐蚀性能的超疏水表面的黄铜的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种具有耐蚀性能的超疏水表面的黄铜的制备方法，属于电化学领域。
背景技术：
黄铜因其优异的传热和耐蚀性能，广泛应用于火力发电机组和海上军事工程中的热交换系统。但是，循环冷却水浓缩倍率的增大或者冷却介质中存在侵蚀性离子就会造成黄铜管道发生严重的腐蚀问题，给生产和生活带来巨大的经济损失。常用的防腐蚀方法(如添加水处理缓蚀剂)由于存在环境污染，投加量大等等弊端，面临着很多亟待解决的问题。 因此，有必要研究和发展新型的防腐蚀方法，超疏水表面处理技术就是近年来涌现出的一种新型防腐蚀技术。超疏水表面对于金属材料可以起到自清洁、抑制表面腐蚀和表面氧化以及降低摩擦系数的效果，通过一定的制备方法使金属表面由亲水转变为超疏水态，在金属防腐蚀领域以及现实生产生活中具有重要的应用价值和广阔的应用前景。目前，关于超疏水还存在以下问题，如制备过程复杂、设备特殊、耗时长，超疏水表面成本高、易老化、稳定性差等等不足。化学刻蚀法和自组装技术联合制备超疏水表面是目前研究较多的一种制备工艺。但是，大部分的研究都针对于制备工艺进行了报道，对于将其引入到防腐蚀领域中，具体到黄铜在海水中的防腐蚀领域中还没有研究过。
发明内容
本发明的目的为了解决黄铜在海水环境中发生腐蚀的问题，而提供一种具有耐蚀性能的超疏水表面的黄铜的制备方法。本发明的技术方案
一种具有耐蚀性能的超疏水表面的黄铜的制备方法，包括如下步骤
(1)、刻蚀液的配制
在浓度为4.8 20%(w)的FeCl3水溶液中加入浓度为35_37%(w)的盐酸，使刻蚀液中盐酸浓度为0.33%(v)；
(2)、黄铜的预处理
将黄铜依次经 #、3#、6#金相砂纸打磨后，在丙酮溶液中用超声波清洗机清洗5min左右，清洗后再依次用乙醇、去离子水冲洗，以除去表面油污和油脂；
(3)、黄铜表面的刻蚀
将步骤(2)预处理后的黄铜放入步骤(1)所得的刻蚀液中室温下反应15 90min后， 用去离子水冲洗后，吹干；
(4)、黄铜表面自组装
将步骤(3)表面刻蚀后的黄铜放入预先配置好的0. 02-0. 2 mol/L硬脂酸的乙醇溶液中，在温度为35°C下浸泡6-72 h后取出，先用乙醇冲洗，再经去离子水冲洗，放入烘箱中， 干燥后取出，即得一种具有缓蚀性能的超疏水表面的黄铜。
本发明所用的硬脂酸为分析纯，分子式为C18H36O2，结构式为CH3-(CH2) 16-C00H。本发明的有益效果
本发明的一种具有缓蚀性能的超疏水表面的黄铜的制备方法，采用构建具有表面粗糙度的超疏水膜结构，使黄铜表面形成一层“气垫”，达到使腐蚀介质与基体隔离的效果，从而达到了防腐蚀的效果，其缓蚀效率可达到97. 3%。最终所得的具有超疏水表面的黄铜，其超疏水表面的接触角可达158°。
图la、实施例1所得黄铜电极的超疏水表面在3. 5%(w)NaCl水溶液中的Nyquist 图lb、实施例1所得黄铜电极的超疏水表面在3. 5%(w)NaCl水溶液中的极化曲线； 图2a、实施例2所得黄铜电极的超疏水表面在3. 5%NaCl水溶液中的Nyquist图； 图2b、实施例2所得黄铜电极的超疏水表面在3. 5%NaCl水溶液中的极化曲线； 图3a、实施例3所得黄铜电极的超疏水表面在3. 5%NaCl水溶液中的Nyquist图； 图3b、实施例3所得黄铜电极的超疏水表面在3. 5% NaCl水溶液中的极化曲线； 图4a、实施例4所得黄铜电极的超疏水表面在3. 5%NaCl水溶液中的Nyquist图； 图4b、实施例4所得黄铜电极的超疏水表面在3. 5%NaCl水溶液中的极化曲线； 图5a、实施例5所得的空白表面(bare)的黄铜片表面的扫面电镜照片； 图5b、实施例5所得的不经刻蚀而直接自组装的黄铜片表面的扫面电镜照片； 图5c、实施例5所得的只化学刻蚀而不经自组装的黄铜片表面的扫面电镜照片； 图5d、实施例5所得的化学刻蚀后经自组装的黄铜片表面的扫面电镜照片； 图6a、实施例5所得黄铜电极的超疏水表面在3. 5% NaCl水溶液中的Nyquist图； 图6a_l、实施例5所得黄铜电极的超疏水表面在3. 5% NaCl水溶液中的Nyquist图的局部放大；
图6b、实施例5所得黄铜电极的超疏水表面在3. 5% NaCl水溶液中的极化曲线； 图7a、实施例5所得黄铜片的超疏水表面在200倍放大倍率下的表面形貌； 图7b、实施例5所得黄铜片的超疏水表面在500倍放大倍率下的表面形貌； 图7c、实施例5所得黄铜片的超疏水表面在1000倍放大倍率下的表面形貌； 图7d、实施例5所得黄铜片的超疏水表面在3000倍放大倍率下的表面形貌； 图8a、水滴在黄铜片的空白表面上的稳定存在的形态； 图Sb、水滴在黄铜片的超疏水表面上的稳定存在的形态。
具体实施例方式下面通过实施例并结合附图对本发明进一步阐述，但并不限制本发明。本发明中所有缓蚀效率(η%)均按照如下公式计算
η =^zi χ 100% h
Itl和I分别为未处理和黄铜疏水处理后电极的腐蚀电流密度。形貌表征用扫描电子显微镜观察试样的表面形貌。通过傅里叶红外光谱仪表征成膜机理。再通过K100-MK2型表面张力测试仪测量水滴在超疏水表面的接触角，同时利用 JC2000C表征水滴在黄铜表面稳定存在的形态。电化学分析
交流阻抗测试和极化曲线的测量都在三电极体系中完成，工作电极为已构建疏水膜的黄铜电极，辅助电极和参比电极分别为Pt电极和饱和甘汞电极(SCE)。黄铜电极的制作使用环氧树脂封装，留有的工作面积为(1X1) cm2。电化学测试采用仪器为EG&G公司的恒电位仪Potentiostat/Galvanostat Model 273A 和锁相放大器 Model 1025 LOCK IN AMPLIFIER。交流阻抗测量使用PRAC M398，其系统频率范围为100 kHz - 0. 05 Hz，交流激励信号峰值为5 mV ；
极化曲线扫描范围-0.15、. 15 V (vs. 0CP)，扫描速度为1 mV/s。实施例1
一种具有缓蚀性能的超疏水表面的黄铜的制备方法，包括如下步骤
(1)、刻蚀液的配制
在浓度为20%(W)的!^Cl3水溶液中加入浓度为35-37%(w)的盐酸，使刻蚀液中盐酸浓度为 0. 33% (ν)；
(2)、黄铜的预处理
将6个规格为1 X Icm的黄铜电极和5块70Χ 10Χ Icm的黄铜片依次经1#、3#、6#金相砂纸打磨后，在丙酮溶液中用超声波清洗机清洗5min左右，清洗后再依次用乙醇、去离子水冲洗，以除去表面油污和油脂；
其中1个黄铜电极不进行下面的表面刻蚀及自组装，作为空白样(Bare)；
(3)、黄铜表面的刻蚀
将步骤(2)预处理后的5块黄铜片和5个黄铜电极分别放入步骤(1)所得的刻蚀液中室温下分别反应15、30、45、60、90 min后，用去离子水冲洗后，吹干；
(4)、黄铜表面自组装
将步骤(3)表面刻蚀后的5块黄铜片和5个黄铜电极分别放入预先配置好的0. 1 mol/ L硬脂酸的乙醇溶液中，在温度为35°C下浸泡24h后取出，先用乙醇冲洗，再经去离子水冲洗，放入烘箱中，干燥后取出，即分别得5块具有缓蚀性能的超疏水表面的黄铜片及5个具有缓蚀性能的超疏水表面的黄铜电极。所得的具有缓蚀性能的超疏水表面的5个黄铜电极进行电化学分析，5块黄铜片用于进行接触角的测试。图Ia是只经过预处理的黄铜电极即空白样(Bare)和上述所得的5个具有缓蚀性能的超疏水表面的黄铜电极在3. 5%NaCl水溶液中的Nyquist图。从图Ia中可以看出随着刻蚀时间的延长，15min到45min黄铜电极阻抗值明显增加，但当刻蚀时间超过45min后，黄铜电极阻抗值却反而下降。图Ib是只经过预处理的黄铜电极即空白样(Bare)和上述所得的5个具有缓蚀性能的超疏水表面的黄铜电极在3. 5%NaCl水溶液中的极化曲线。由图Ib得出的腐蚀电位 Ecoor、腐蚀电流密度Icoor和缓蚀效率η见表1。
表1、不同刻蚀时间制备出的黄铜疏水表面在3. 5% NaCl水溶液中电化学参数
权利要求
1.一种具有耐蚀性能的超疏水表面的黄铜的制备方法，其特征在于包括如下步骤(1)、刻蚀液的配制在浓度为4.8 20%(w)的FeCl3水溶液中加入浓度为35_37%(w)的盐酸，使刻蚀液中盐酸浓度为0.33%(v)；(2)、黄铜的预处理将黄铜依次经 #、3#、6#金相砂纸打磨后，在丙酮溶液中用超声波清洗机清洗5min左右，清洗后再依次用乙醇、去离子水冲洗，以除去表面油污和油脂；(3)、黄铜表面的刻蚀将步骤(2)预处理后的黄铜放入步骤(1)所得的刻蚀液中室温下反应15 90min后， 用去离子水冲洗后，吹干；(4)、黄铜表面自组装将步骤(3)表面刻蚀后的黄铜放入预先配置好的0. 02-0. 2 mol/L硬脂酸的乙醇溶液中，在温度为35°C下浸泡6-72 h后取出，先用乙醇冲洗，再经去离子水冲洗，放入烘箱中， 干燥后取出，即得一种具有缓蚀性能的超疏水表面的黄铜。
2.如权利要求1所述的一种具有耐蚀性能的超疏水表面的黄铜的制备方法，其特征在于步骤(1)所述的FeCl3水溶液的浓度为9 20%(w)。
3.如权利要求1或2所述的一种具有耐蚀性能的超疏水表面的黄铜的制备方法，其特征在于步骤(1)所述的FeCl3水溶液的浓度为20%(w)。
4.如权利要求3所述的一种具有耐蚀性能的超疏水表面的黄铜的制备方法，其特征在于步骤(3)所述的室温下反应时间优选为45min。
5.如权利要求4所述的一种具有耐蚀性能的超疏水表面的黄铜的制备方法，其特征在于步骤(4)所述的硬脂酸的乙醇溶液中的硬脂酸的分子式为C18H36O2，结构式为 CH3- (CH2) 16-C00H。
6.如权利要求5所述的一种具有耐蚀性能的超疏水表面的黄铜的制备方法，其特征在于步骤(4)所述的硬脂酸的乙醇溶液的浓度优选为0. 1 -0. 15 mol/L。
7.如权利要求6所述的一种具有耐蚀性能的超疏水表面的黄铜的制备方法，其特征在于步骤(4)所述的硬脂酸的乙醇溶液的浓度优选为0. 1 mol/L。
8.如权利要求7所述的一种具有耐蚀性能的超疏水表面的黄铜的制备方法，其特征在于步骤(4)所述的在温度为35°C下浸泡时间优选为Mh。
全文摘要
本发明公开一种具有耐蚀性能的超疏水表面的黄铜的制备方法。即包括刻蚀液的配制、黄铜的预处理、黄铜表面的刻蚀及黄铜表面自组装等4个步骤,最终得到一种具有耐蚀性能的超疏水表面的黄铜。本发明的制备方法所得的具有超疏水表面的黄铜，其超疏水表面的接触角可达158°，缓蚀效率可达到97.3%。
文档编号B05D5/08GK102335651SQ20111022478
公开日2012年2月1日 申请日期2011年8月8日 优先权日2011年8月8日
发明者云虹, 徐群杰, 曹钦, 潘红涛, 邓先钦 申请人:上海电力学院