一种铝合金表面多层超疏水复合膜层的制备方法与流程

本发明涉及铝合金技术领域，尤其涉及一种铝合金表面多层超疏水复合膜层的制备方法。

背景技术：

目前，铝合金的密度低、比强度和比刚度高，被广泛应用于航空航天、交通运输和电器家具等领域，但在应用上由于其耐蚀性问题也受到一定限制，所以需对铝合金进行表面处理来提高其表面性能。超疏水材料广泛应用于日常生活、工业生产和军事中，超疏水材料可以降低摩擦力，如在船舶工业中，如果船只外壳表面具有超疏水性，可以降低船只航行的阻力，从而提高其航行速度并且降低耗油量。另外在金属表面制备超疏水性薄膜可以提高金属材料表面的抗腐蚀能力，如果建筑外表面的金属框架具有超疏水性，下雨天或是在潮湿环境下水滴就不会停留在金属表面，也就降低了对金属表面的腐蚀性，所以超疏水性材料具备广泛的应用前景。

现有技术中超疏水薄膜的制备方法有很多，但都要考虑两个因素：一是表面要具有微/纳二元粗糙结构，二是表面物质具有低表面能。构建微/纳二元粗糙结构的方法一般有刻蚀法，比如化学刻蚀法和等离子体刻蚀法。但一种刻蚀液一般对应一种或少数基体，且用这种方法制备粗糙表面通用性不好；另外也有用模板法构建微/纳二元粗糙结构，但这种方法需要制作具有特定微观结构的模板，然后通过挤压、浇注等方式将特定的微观结构赋予目标材料，过程较复杂。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种铝合金表面多层超疏水复合膜层的制备方法，利用该制备方法能够解决构建微/纳二元粗糙结构造价昂贵、污染环境的问题，提供一种新的在铝合金表面构建微/纳二元粗糙结构的技术手段，从而制备出多层超疏水复合膜层。

一种铝合金表面多层超疏水复合膜层的制备方法，所述制备方法包括：

步骤1、首先对预处理后的铝合金试样进行微弧氧化处理，得到表面粗糙度为微米级的多孔微弧氧化陶瓷层；

步骤2、将所得到的陶瓷层置于混合溶液中进行水热反应，在所述陶瓷层的表面及孔洞内壁处生成类水滑石薄膜，构建出具有微/纳二元粗糙结构的复合膜层；

步骤3、利用硬脂酸对所述复合膜层进行低表面能修饰，最终在铝合金表面形成多层超疏水复合膜层。

在所述步骤1中：所述微弧氧化处理所使用的电解液包括：5-20g/L的硅酸钠、1-10g/L的氢氧化钾和1-10ml/L的丙三醇；且所述电解液的温度为20-25℃；

所述微弧氧化处理所使用的直流脉冲电压为300-500V；

所得到的多孔微弧氧化陶瓷层的表面粗糙度为1-3μm。

在所述步骤2中：所述混合溶液为硫酸金属盐与无水硫酸钠按照物质的量比为1:5配制而成；该混合溶液的pH值为5-7，其中所述硫酸金属盐的浓度为0.05-0.3mol/L；

所述水热反应的温度为50-100℃，反应时间为2-48h；

所得到的复合膜层的表面粗糙度为500-900nm。

在所述步骤3中：所采用的硬脂酸为包含0.01-0.1mol/L硬脂酸的乙醇溶液，且溶液温度为20-25℃；

所述低表面能修饰的反应时间控制在4-7h；经低表面能修饰处理后的复合膜层的接触角＞150°。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，利用上述制备方法能够解决构建微/纳二元粗糙结构造价昂贵、污染环境的问题，提供一种新的在铝合金表面构建微/纳二元粗糙结构的技术手段，从而制备出多层超疏水复合膜层。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例所提供铝合金表面多层超疏水复合膜层的制备方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例所提供铝合金表面多层超疏水复合膜层的制备方法流程示意图，所述制备方法包括：

步骤1、首先对预处理后的铝合金试样进行微弧氧化处理，得到表面粗糙度为微米级的多孔微弧氧化陶瓷层；

在该步骤1中，所述微弧氧化处理所使用的电解液包括：5-20g/L的硅酸钠、1-10g/L的氢氧化钾和1-10ml/L的丙三醇；

且所述电解液的温度为20-25℃；

所述微弧氧化处理所使用的直流脉冲电压为300-500V；

所得到的多孔微弧氧化陶瓷层的表面粗糙度为1-3μm。

步骤2、将所得到的陶瓷层置于混合溶液中进行水热反应，在所述陶瓷层的表面及孔洞内壁处生成类水滑石薄膜，构建出具有微/纳二元粗糙结构的复合膜层；

在所述步骤2中，所述混合溶液为硫酸金属盐(如硫酸镁、硫酸锌等)与无水硫酸钠按照物质的量比为1:5配制而成；该混合溶液的pH值为5-7，其中所述硫酸金属盐的浓度为0.05-0.3mol/L；

所述水热反应的温度为50-100℃，反应时间为2-48h；

所得到的复合膜层的表面粗糙度为500-900nm。

步骤3、利用硬脂酸对所述复合膜层进行低表面能修饰，最终在铝合金表面形成多层超疏水复合膜层。

在所述步骤3中，所采用的硬脂酸为包含0.01-0.1mol/L硬脂酸的乙醇溶液，且溶液温度为20-25℃；

所述低表面能修饰的反应时间控制在4-7h；经低表面能修饰处理后的复合膜层的接触角＞150°，显示超疏水性能，且复合膜层与基体结合力良好。

下面以具体的实例对上述制备方法进行详细说明：

首先制备微弧氧化陶瓷层，先将铝合金试样放置于50g/L的NaOH碱洗液中，加热至60℃，直至试样表面完全变黑后取出；然后将试样清洗后放置于20％的硝酸出光液中直至试样恢复合金本身光泽；重复上述两步直至试样表面放入碱洗液中立即变黑即可；再将铝合金表面经过200#、600#、1000#、2000#砂纸打磨，抛光后，用丙酮、乙醇和去离子溶液超声清洗后吹干备用；微弧氧化电解液的组成为：18g/L硅酸钠、9g/L氢氧化钾、3ml/L丙三醇；微弧氧化脉冲电源电压：36 0V；电解液的温度控制在为20～25℃；微弧氧化陶瓷层表面粗糙度为2.4μm。将进过处理的铝合金试样通过铝丝连接，一端固定在阳极铜棒上，有试样的一端浸没在电解液中，进行微弧氧化处理。处理完毕后将试样取出用乙醇溶液清洗再吹干。

然后构建复合类水滑石薄膜，具体是先配制混合溶液：硫酸镁浓度为0.05mol/L、无水硫酸钠浓度为0.3mol/L，采用氢氧化钠溶液调节混合溶液pH值为6.5；然后将上述步骤所制备的试样垂直放置于混合溶液中，并进行密闭处理；在70℃下反应24h后，取出试样用乙醇溶液清洗再吹干。

最后进行低表面能物质修饰，具体是先配制好0.05mol/L硬脂酸的乙醇溶液，再将第二个步骤得到的试样垂直放置于溶液中，在室温下反应5h后取出试样用乙醇溶液清洗再晾干，最终得到铝合金表面多层超疏水复合膜层。

综上所述，本发明实施例所述方法通过在铝合金表面进行微弧氧化处理和在微弧氧化陶瓷层表面复合类水滑石薄膜，构建出具有微/纳二元粗糙结构的膜层，利用硬脂酸对复合膜层进行低表面能修饰，降低其表面能，在铝合金表面构造出超疏水薄膜。由于微弧氧化陶瓷层与类水滑石薄膜均是原位生长，所以与基体结合力较好，不易脱落；并且微弧氧化处理与类水滑石薄膜的复合所使用的原料毒性低，对环境不造成污染，所使用的原料价格便宜，利于大规模工业化生产。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。