一种阳极氧化法构建防腐蚀性超疏水铝表面的方法
【专利摘要】本发明一种阳极氧化法构建防腐蚀性超疏水铝表面的方法，在室温条件下依次用丙酮和乙醇超声清洗铝片，然后用去离子水冲洗，接着将铝片放在氢氧化钠溶液中碱蚀，再用去离子水冲洗，最后将铝片置于硝酸溶液中酸蚀；将上述预处理后的铝片作为阳极，以铅板为阴极，在磷酸溶液中电解，电解液恒温，使其表面生成氧化铝薄膜；将上述电解处理后的铝片浸入氨水溶液中，铝片被氨水腐蚀；将上述处理后的铝片浸入六甲基二硅氮烷溶液中，然后取出放入密闭容器，并在100~140℃的恒温烘箱中放置15~30h，取出后即可获得具有超疏水的铝片。本发明制备的超疏水功能薄膜与铝基材表面之间通过化学键结合，因而得到的超疏水特性质量易于控制、性能稳定。
【专利说明】一种阳极氧化法构建防腐蚀性超疏水铝表面的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于材料学领域，尤其涉及一种超疏水材料，具体来说是一种阳极氧化法构建防腐蚀性超疏水铝表面的方法。
[0002]
【背景技术】
[0003]超疏水像荷叶表面一样具有自清洁性能，因而可应用于汽车前挡风玻璃、混凝土成型后表面、陶瓷表面、高级木材等实际用品上，可以利用雨水的冲刷实现自清洁；在应用于管道内壁或潜艇、船舶的外壳时，可以减小其外表与水流或其他液体之间的摩擦力从而提高动力性能；超疏水表面应用于纺织品上，可以起到良好的自清洁、防污、防水的效果；应用在高压电缆上可以有效起到被动除冰的作用，在一定程度上阻止了由于冰雪天气引起的过重冰雪覆盖在电缆上而导致电力系统“瘫痪”的情况。
[0004]铝是地球上含量极丰富的金属元素，其蕴藏量在金属中居第2位。然而，常用的铝合金表面处理方法所获得的金属表面不具有自清洁性，容易被污染，而且在酸、碱、盐等腐蚀性溶液环境中的长期保护性能还很欠缺。因此，需要研究更稳定更强且长期保护性能更好的新型的铝合金保护方法。在金属铝材料表面进行超疏水处理，可以抗腐蚀，而且也可以起到自清洁作用；在应用于一些微流体装置方面，可以有效地对流体和装置之间的阻力、漏损情况进行控制，在微型高科技测试产品中应用前景辽阔。
[0005]经过多年发展，目前已有多种铝及铝合金超疏水表面的制备方法，然而所制备的超疏水薄膜与基底表面之间的粘附力不够，机械性能和耐久性较差，在实际使用中，超疏水薄膜很容易遭到破坏。长久以来，超疏水表面与基底之间的粘附强度和自身机械性能一直都是研究人员在研究和制备超疏水表面过程很难克服的问题。
[0006]
【发明内容】
[0007]针对现有技术中的技术问题，本发明提供了一种阳极氧化法构建防腐蚀性超疏水铝表面的方法，所述的这种阳极氧化法构建防腐蚀性超疏水铝表面的方法解决了现有技术中铝片表面低表面能物质易脱落、超疏水稳定性差和易被腐蚀的技术问题。
[0008]本发明阳极氧化法构建防腐蚀性超疏水铝表面的方法，包括如下步骤:
(1)一个将铝片预处理的步骤，在室温条件下依次用丙酮和乙醇超声清洗铝片，然后用去离子水冲洗，接着将铝片放在氢氧化钠溶液中碱蚀，再用去离子水冲洗，最后将铝片置于硝酸溶液中酸蚀；从而达到铝表面抛光的目的。
[0009](2) 一个将铝片表面氧化的步骤，将上述预处理后的铝片作为阳极，以铅板为阴极，在磷酸溶液中电解，电解液恒温，使其表面生成氧化铝薄膜。
[0010](3) 一个将铝片表面粗糙化的步骤，将步骤(2)处理后的铝片浸入氨水溶液中，铝片被氨水腐蚀。从而构造微-纳米结构的表面形貌，并使氧化铝与氨水反应，产生羟基。
[0011](4) 一个将铝片表面修饰的步骤，将步骤(3)处理后的铝片浸入六甲基二硅氮烷溶液中，然后取出放入密闭容器，并在100~1401的恒温烘箱中放置15~301！，取出后即可获得具有超疏水的招片。
[0012]进一步的，步骤(1)中氢氧化钠的浓度为0.5~2 11101/1，较佳的浓度是111101/1，氢氧化钠腐蚀的时间是0.较佳的腐蚀时间是1-11 ；硝酸的浓度为质量分数5~15%，较佳的浓度是质量分数10%，硝酸腐蚀的时间是1-1.5111111，较佳的时间是1.5111111。
[0013]进一步的，步骤(2)中磷酸溶液的浓度为2.5-411101/1 ；反应温度为-0.5~21；最佳为01 ；反应时间为5111111-211，电压为30-60乂。
[0014]进一步的，步骤(3)中氨水的浸泡时间是2-511，氨水浓度的质量分数25~40%。
[0015]进一步的，步骤(4)中铝片的最佳恒温加热温度是1201，最佳恒温时间是2处。
[0016]进一步的，所述的铝片为金属铝或者铝合金。
[0017]本发明采用阳极氧化法使铝片表面生成氧化铝薄膜，显著的提高了铝片的防腐蚀性能。铝片薄膜与低表面能物质之间以化学键的形式结合，使其结合力强于物理黏附形成的超疏水材料，因而增强超疏水铝片的机械性能和延长其使用寿命。通过本发明的方法制备的超疏水铝片与水的静态接触角均大于150°，滚动接触角小于5°，放置三个月后该铝片静态接触角无明显变化，性能稳定。
[0018]本发明和已有技术相比，其技术进步是显著的。本发明使铝基体与表面薄膜以化学成键的形式结合，大大提高了超疏水表面的机械性能和防腐蚀能力，长时间保存其超疏水性无显著变化，质量易于控制，且其工艺简单，用料便宜，适宜于工业化生产。
[0019]
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是实施例1中超疏水铝片表面的扫描电镜图。
[0021]图2是实施例1中超疏水铝片表面与水滴的接触角图。
[0022]
【具体实施方式】
[0023]下面通过具体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。
[0024]实施例1
首先，将铝片(铝元素含量为99，99%)依次用丙酮、乙醇超声清洗，并用去离子水冲洗吹干。随后浸入111101/1的氢氧化钠水溶液中处理，时间为加化，取出后用去离子水冲洗，并吹干，接下来再浸入质量分数10%的硝酸溶液中加化，取出后用去离子水冲洗，吹干。配制
2.711101/1的磷酸溶液作为电解液，然后以招板为阳极，铅板为阴极通电进行反应。控制反应温度为01，恒电压507，反应时间为1501！！。将反应后的铝片用去离子水清洗并吹干；在质量分数35%的氨水中浸3匕取出后用去离子水冲洗并吹干；最后将铝片浸入六甲基二硅氮烷溶液中，取出后放入密闭容器，并在1201的恒温烘箱中放置2处，即可制备出具有超疏水性的铝片。用接触角测试仪测试该铝片表面的润湿性，结果表明与水的接触角为154°。
[0025]实施例2
首先，将铝片(铝元素含量为99，99%)依次用丙酮、乙醇超声清洗，并用去离子水冲洗吹干。随后浸入111101/1的氢氧化钠水溶液中处理，时间为加化，取出后用去离子水冲洗，并吹干，接下来再浸入质量分数10%的硝酸溶液中加化，取出后用去离子水冲洗，吹干。配制
3.011101/1的磷酸溶液作为电解液，然后以招板为阳极，铅板为阴极通电进行反应。控制反应温度为01，恒电压457，反应时间为1501！！。将反应后的铝片用去离子水清洗并吹干；在质量分数35%的氨水中浸3.5匕取出后用去离子水冲洗并吹干；最后将铝片浸入六甲基二硅氮烷溶液中，取出后放入密闭容器，并在1201的恒温烘箱中放置2处，即可制备出具有超疏水性的铝片。用接触角测试仪测试该铝片表面的润湿性，结果表明与水的接触角为152°。
[0026] 实施例3
首先，将铝片(铝元素含量为99，99%)依次用丙酮、乙醇超声清洗，并用去离子水冲洗吹干。随后浸入111101/1的氢氧化钠水溶液中处理，时间为加化，取出后用去离子水冲洗，并吹干，接下来再浸入质量分数10%的硝酸溶液中加化，取出后用去离子水冲洗，吹干。配制
2.911101/1的磷酸溶液作为电解液，然后以招板为阳极，铅板为阴极通电进行反应。控制反应温度为01，恒电压507，反应时间为2001！！。将反应后的铝片用去离子水清洗并吹干；在质量分数35%的氨水中浸处，取出后用去离子水冲洗并吹干；最后将铝片浸入六甲基二硅氮烷溶液中，取出后放入密闭容器，并在1201的恒温烘箱中放置26匕即可制备出具有超疏水性的铝片。用接触角测试仪测试该铝片表面的润湿性，结果表明与水的接触角为155°。
【权利要求】
1.一种阳极氧化法构建防腐蚀性超疏水铝表面的方法，包括如下步骤: 一个将铝片预处理的步骤，在室温条件下依次用丙酮和乙醇超声清洗铝片，然后用去离子水冲洗，接着将铝片放在氢氧化钠溶液中碱蚀，再用去离子水冲洗，最后将铝片置于硝酸溶液中酸蚀； 一个将铝片表面氧化的步骤，将上述预处理后的铝片作为阳极，以铅板为阴极，在磷酸溶液中电解，电解液恒温，使其表面生成氧化铝薄膜； 一个将铝片表面粗糙化的步骤，将步骤(2 )处理后的铝片浸入氨水溶液中，铝片被氨水腐蚀； 一个将铝片表面修饰的步骤，将步骤(3)处理后的铝片浸入六甲基二硅氮烷溶液中，然后取出放入密闭容器，并在100~140°C的恒温烘箱中放置15~30h，取出后即可获得具有超疏水的招片。
2.根据权利要求1所述的一种阳极氧化法构建防腐蚀性超疏水铝表面的方法，其特征在于:步骤(I)中氢氧化钠的浓度为0.5-2 mol/L，氢氧化钠腐蚀的时间是0.5~2min,;硝酸的浓度为质量分数5~15%，硝酸腐蚀的时间是1-1.5min。
3.根据权利要求1所述的一种阳极氧化法构建防腐蚀性超疏水铝表面的方法，其特征在于:步骤(2)中磷酸溶液的浓度为2.5-4mol/L ;反应温度为-0.5-2°C ;最佳为(TC ;反应时间为5min-2h，电压为30-60V。
4.根据权利要求1所述的一种阳极氧化法构建防腐蚀性超疏水铝表面的方法，其特征在于:步骤(3)中氨水的浸泡时间是2-5h。
5.根据权利要求1所述的一种阳极氧化法构建防腐蚀性超疏水铝表面的方法，其特征在于:步骤(4)中铝片的最佳恒温加热温度是120°C，最佳恒温时间是24h。
6.根据权利要求1所述的一种阳极氧化法构建防腐蚀性超疏水铝表面的方法，其特征在于:所述的铝片为金属铝或者铝合金。
【文档编号】C25D11/04GK104499024SQ201410668488
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年11月20日 优先权日:2014年11月20日
【发明者】张全生, 张建辉, 雷天辉, 程素贞, 尹佳佳, 马可, 黄海军, 贾李李, 张伟 申请人:上海应用技术学院