专利名称：：一种轻质金属超疏水表面的制备方法
技术领域：
：本发明涉及一种轻质金属超疏水表面的制备方法，属于金属基材表面处理领域。
背景技术：
：自然界中以莲叶为代表的多种植物叶子的表面、蝴蝶等鳞翅目昆虫的翅膀以及水鸟的羽毛等等都具有超疏水性，从而达到自清洁的功能。由于其具有自清洁性、防污特性、疏水、疏油、低摩擦系数等特性，从而在工农业生产和人们的日常生活中都有着极其广阔的应用前景。自然界的自清洁现象激起了人们对仿生超疏水表面的研究。目前在仿生超疏水粗糙表面的构建方面，已经涌现了多种制备方法，如平版印刷术、刻蚀法、纳米阵列法、气相沉积法、相分离法、溶胶-凝胶法和光化学法、模板法等。轻质金属材料(铝及铝合金、镁及镁合金、钛及钛合金)质量轻、比强度和比刚度大、机械加工性能好，在机械零件，飞机汽车部件，精密仪器及无线电器材，日用品和建筑装饰以及医用等领域应用广泛，在其表面构建超疏水性表面意义重大。目前对轻质金属表面的超疏水性处理的方法不多。BaitaiQian等采用HCl和HF的混和溶液腐蚀铝片，然后经含氟的硅氧烷溶液处理，得到了超疏水表面(Langmuir,21,9007-9009,2005);符小艺等人在CN101007304A中提出将铝片浸入含硝酸以及铜盐或镍盐的化学腐蚀液中处理后表面涂覆低能表面物质，可获得铝基超疏水表面。专利CN1814862A中提到一种采用喷砂来改变金属表面形貌，然后表面涂覆低能物质来获得超疏水表面的方法。结合机械粗糙化与NaOH水溶液腐蚀的方法处理铝合金，然后在其表面涂覆低表面能物质，也可以获得超疏zK表面(ZhiguangGuo，FengZhou，JingchengHao，WeiminLiu，JournalofColloidandInterfaceScience303,298—305,2006)。上述处理方法均存在一些不足之处，如腐蚀法使金属基体的耐蚀性能下降，极易使表面生锈，而喷砂后形成的疏水表面，水珠在上面难以滚动。
发明内容本发明的目的在于提供一种轻质金属超疏水表面的制备方法，此方法重复性好，疏水性能优异，并且具有良好的耐蚀、耐磨性能，应用前景广泛。实现本发明目的的技术方案是这样的一种轻质金属超疏水表面的制备方法，其特征在于，金属基片清除油脂后，在电解液中进行阳极氧化，然后对其表面进行低温等离子体处理，再浸置在疏水处理溶液中组装低表面能物质后取出，用有机溶剂冲洗后干燥而成。具体地展开来阐述，这种的制备方法如下(1)轻质金属基体表面清除油污在50~70g/L，607(TCNaOH碱性液中清洗0.52min除去轻质金属片表面的油脂。(2)阳极氧化将上述金属基片分别进行阳极氧化，使其表面生成一层多孔氧化膜，其工艺如下<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>(3)低温等离子体处理将阳极氧化后的轻质金属片放入低温等离子体反应室中，抽气使气体压强降至10100Pa,在放电功率为50250W，最佳放电功率为150200W的条件下对金属进行表面等离子处理110min，使多孔氧化膜的表面产生微纳米结构并且活化。(4)表面组装低表面能物质将等离子体处理后的轻质金属片浸入0.5~100mM含疏水链化学物质的有机溶剂中，最佳浓度为310mM，浸置l24h，取出，用有机溶剂淋洗后自然干燥。本发明所述疏水处理液可以是本领域通用的，可以是C8-C22的脂肪酸、C6-C12的含氟脂肪酸、C8-C22的a羟基脂肪酸、C8-C22烷基三氯硅烷、C8-C22垸基三垸氧基硅垸、四氢全氟C6-C12垸基三氯硅烷、或者四氢全氟C6-C12烷基三烷氧基硅烷。本发明所用的溶解含疏水链化学物质的有机溶剂为正己烷、环己垸、烷基环己垸、四氯化碳、甲醇、或者乙醇。本发明所用的冲洗用有机溶剂为正己垸、四氯化碳、二氯甲烷、四氯乙垸或甲醇、或者乙醇。与现有技术相比，本发明的优点在于采用本发明制备的轻质金属表面超疏水性能优越，静态接触角可达153170°,且从高处滴下水珠即刻滚落。另外，本发明制备的轻质金属超疏水表面同时具备了阳极氧化膜层的耐磨、耐蚀等性能，表面硬度为未改性基体表面的1.54倍；在3.5%NaCl溶液中浸泡12h，表面未改性基体全面腐蚀，而采用本发明制备的超疏水表面仍未出现腐蚀点，耐蚀性能优异，可应用于轻质金属及其表面的防污、防腐、减小摩擦等。具体实施例方式实施例l:在60g/L，70'CNaOH碱性液中清洗lmin除去轻质金属表面的油脂，水洗后分别进行阳极氧化，然后放入反应器中进行低温等离子体处理，取出后立刻浸入4mM的四氢全氟癸基三氯硅垸的正己烷/四氯化碳溶液中浸置lh，然后用二氯甲烷冲洗后自然干燥，测其与水的接触角、表面显微硬度及耐盐腐蚀性。工艺参数与所获结果如下轻金属氧化参数等离子体处理参数大气压，Pa，放电功率，W,时间，min接触角'c表面硬度在3.5%NaCl溶液中浸泡12h铝30g/L，H3PO4，2A/dm2，20°C，0.5h50Pa，150W，5minno为表面改性前的2倍未出现腐蚀点镁40g/L,KOH,60g/L,Na2Si0340g/L,Na2B4071.5A/dm2,20°C，0.5h50Pa，150W,5min157为表面改性前的2.5倍未出现腐蚀点钛350g/L,H2S0465g/L，HCl2A/dm2，40。C,lh50Pa，150W,5min160为表面改性前的2.5倍未出现腐蚀点实施例2:在60g/L，7(TCNaOH碱性液中清洗lmin除去轻质金属表面的油脂，5水洗后分别进行阳极氧化，然后放入反应器中进行低温等离子体处理，取出后立刻浸入10mM硬脂酸的正己垸溶液中静置24h，然后用正己烷反复冲洗，自然干燥，测其与水的接触角、表面显微硬度及耐盐腐蚀性。工艺参数与所获结果如下<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>实施例3:在60g/L，7(TCNaOH碱性液中清洗lmin除去轻质金属表面的油月1水洗后分别进行阳极氧化，然后放入反应器中进行低温等离子体处理，取出后立刻浸入5mM四氢全氟癸基三甲氧基硅垸的甲醇溶液中静置2h，然后用甲醇冲洗，自然干燥，测其与水的接触角、表面显微硬度及耐盐腐蚀性。工艺参数与所获结果如下:<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>权利要求1、一种轻质金属超疏水表面的制备方法，其特征在于，金属基片清除油脂后，在电解液中进行阳极氧化，然后对其表面进行低温等离子体处理，再浸置在疏水处理溶液中组装低表面能物质后取出，用有机溶剂冲洗后干燥而成。2、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述轻质金属材料为铝及铝合金、镁及镁合金、或者钛及钛合金。3、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述清除油脂是在50~70g/L，60~80°CNaOH碱性液中清洗0.5~2min除去轻质金属片表面的油脂。4、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述阳极氧化对于轻金属铝，采用30100g/L的H3PO4或100250g/L的H2SO4或3080g/L的(320204作为电解液，电流密度0.55A/dm2，氧化温度030'C，氧化时间0.53h;对于轻金属镁，采用3060g/L的KOH或NaOH、3080g/L的Na2Si03、1060g/L的Na2B407作为电解液，电流密度0.53A/dm2,氧化温度103(TC,氧化时间0.53h;对于轻金属钛，采用200450g/L的H2S04、2065g/L的HC1作为电解液，电流密度14A/dm2，氧化温度40~50°C，氧化时间0.53h。5、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述等离子体处理的工艺参数为空气压强为10100Pa，放电功率为50250W，处理110min。6、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述组装低表面能物质是在0.5100mM含疏水链化学物质的有机溶剂中，浸置124h。7、根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于所述的疏水处理溶液中含疏水链化学物质为C8-C22的脂肪酸、C6-C12的含氟脂肪酸、C8-C22的a羟基脂肪酸、C8-C22垸基三氯硅烷、C8-C22烷基三垸氧基硅烷、四氢全氟C6-C12烷基三氯硅烷、或者四氢全氟C6-C12垸基三烷氧基硅烷。8、根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于所述的溶解含疏水链化学物质的有机溶剂为正己烷、环己烷、垸基环己垸、四氯化碳、甲醇、或乙醇。9、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述冲洗用有机溶剂为正己垸、四氯化碳、二氯甲烷、四氯乙烷、甲醇、或者乙醇。全文摘要本发明涉及一种轻质金属超疏水表面的制备方法，特别涉及一种同时具有超疏水、耐蚀、耐磨性的轻质金属表面。该制备方法首先对轻质金属表面进行阳极氧化，使之表面生成一层多孔氧化膜，然后采用低温等离子体处理技术对其表面改性，最后在氧化膜表面化学修饰形成超疏水性表面。本发明的方法无需复杂高昂的设备，工艺简单，重复性好，表面与水的接触角可达153～170°，同时具有良好的耐蚀、耐磨性能。文档编号C23F17/00GK101423945SQ200710156490公开日2009年5月6日申请日期2007年11月2日优先权日2007年11月2日发明者乌学东,史明辉,慧王申请人:中国科学院宁波材料技术与工程研究所