一种铝基超疏水防腐涂层及其制备方法

本发明属于金属防腐涂层材料，具体涉及铝基超疏水防腐涂层及其制备方法。

背景技术：

1、铝作为地球上储量最多的元素之一，在地表中的储量仅比氧和硅少，是金属元素中储量最多的元素，也是工业有色金属中使用量最大，产量最多，应用量最广泛的金属材料。然而，铝及其合金因其本身很活泼，而且表面自由能比较高，从而使其在溶液中易被腐蚀，特别是中性水溶液中的阴性氯离子很容易渗透进铝合金的氧化物多孔表面而使铝及其合金基质被腐蚀。这就在一定程度上限制了铝及其合金的应用和发展，并且同时带来了很大的浪费和环境污染。因此，寻求一种能够减缓铝金属腐蚀的防腐蚀涂层构筑方法是铝金属行业的当务之急。

2、超疏水涂层由于其表面微纳米双重结构和表面低表面能的协同，可以在金属与腐蚀介质中间形成一层空气介质，阻碍腐蚀介质与金属接触，进而大幅度减少腐蚀溶液与金属表面的接触，从而使其具有自清洁、防腐蚀、防污染等特性。另外，超疏水涂层即可作为金属表面的防腐保护层，又对环境较为友好。为此，在铝金属基底表面制备一层超疏水涂层是一种有效解决上述问题的表面处理方法，进而逐渐被用于金属防腐领域。目前，用于铝金属的超疏水防腐涂层的制备过程包括两个步骤。通常，先在铝金属表面构建微纳米粗糙结构，然后利用低表面能物质进行表面疏水化修饰。申请号为201711245530的专利公开了一种铝合金仿生超疏水表面的制备方法，首先将含氟聚氨酯预涂在铝合金板上，处理后的铝合金板再浸入到纳米sio2溶液中，反应12～16h，然后取出铝合金板于80～100℃烘干，即可得到铝合金仿生超疏水表面。申请号为201611094510的专利公开了一种激光打标机制备铝合金超疏水功能表面的方法，首先将铝合金样品打磨、超声清洗并烘干，然后采用红外激光打标机对铝合金样品表面进行激光扫面处理，再将激光微加工后的铝合金样品放入十六烷基三甲基硅烷的乙醇溶液中浸泡进行疏水化处理，使铝合金样品表面形成一层疏水膜。该处理工艺复杂，采用激光加工工艺后还要进一步化学刻蚀，再者还需要用低表面能物质对表面进行疏水化修饰才能有效地获得铝合金超疏水表面。专利cn 114686103 a公开了一种超疏水防腐复合涂层的构筑方法。先制备znpa@zif-8/pda-mos2纳米复合材料，再采用低表面物质1h，1h，2h，2h全氟辛基三乙氧基硅烷或1h，1h，2h，2h-全氟癸基三乙氧基硅烷对进行疏水改性，从而制备得到超疏水的znpa@zif-8/pda-mos2纳米复合材料。然后通过层层喷涂法将成膜物质、交联剂、超疏水zn pa@zif-8/pda-mos2纳米复合材料依次喷涂于金属基体表面，得到超疏水防腐复合涂层。由于1h，1h，2h，2h全氟辛基三乙氧基硅烷或1h，1h，2h，2h-全氟癸基三乙氧基硅烷是含有毒的氟有机物质，所以制备工艺既不环保又不耐用。

3、尽管有了不少相关现有专利技术报道，但所制备的超疏水涂层均存在稳定性和耐久性差的问题。超疏水涂层稳定性和耐久性均差的原因主要在于：1.各种制备工艺均依赖于在其表面都需要自组装或者修饰一层具有低表面能的疏水有机物涂层。利用低表面能有机物质对涂层进行表面修饰以使涂层获得超疏水性，但是这些物质易在使用过程中因其与金属基材之间的粘合作用较弱而容易发生脱落；并且，低表面能的有机表层粒子易被磨损，新露出的表层粒子不具有低表面能，从而使疏水性降低或丧失。2.这些经低表面能有机物质修饰的表面在腐蚀介质的影响下，其表面结构及化学性质都会发生改变，使疏水性降低。3.这些超疏水涂层的制造工艺大多数都比较复杂，原材料昂贵并且涉及苛刻的化学改性条件及低表面能疏水改性剂不环保等。可见，上述存在的问题妨碍了铝基超疏水涂层的工业应用进程。然而，目前尚无关于不需要任何低表面能有机物质修饰直接在铝基底原位构筑超疏水防腐表面方面的专利报道。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种铝基超疏水防腐涂层及其制备方法，以解决制备方法复杂、成本高，且对环境不友好，必须需要低表面能物质进行疏水化处理才能达到超疏水效果，并且防腐效果不佳，稳定性和耐用性差的问题。

2、为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种铝基超疏水防腐涂层的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)铝基材的预处理，先对铝基材表面进行打磨，然后放入碱性溶液中浸泡去除表面的油污，再清洗去除表面溶剂；

5、(2)将预处理后的铝基材竖直浸入含铜溶液中，缓慢滴加适量的水合肼，反应一段时间，待反应结束后取出负载铜的铝基涂层，清洗，晾干；

6、(3)将负载铜的铝基涂层分别依次采用无水乙醇和水清洗，然后放在一定温度的烘箱中退火，冷却后取出，得到铝基超疏水防腐涂层。

7、本发明中采用的铝基材包括铝片、铝箔、铝合金或者泡沫铝。实验过程中采用的铝基试样的大小为10mm×20mm×2mm或者20mm×20mm×2mm或者40mm×40mm×2mm，或者根据具体情况还可以采用其他尺寸。

8、进一步地，步骤(1)中，所述表面打磨，采用金相砂纸进行打磨，金相砂纸砂粒度采用600#、1200#、1500#、1800#中的一种或一种以上。

9、进一步地，所述碱性溶液采用磷酸钠溶液、氢氧化钠溶液、硅酸钠溶液中的一种或者一种以上的混合溶液；碱性溶液浸泡温度为60-100℃；碱洗时间为1-30min。

10、进一步地，所述磷酸钠溶液浓度为10～100g/l，氢氧化钠溶液浓度为0.05～5mol/l，硅酸钠溶液浓度为0.5～100g/l。

11、进一步地，所述步骤(1)中的清洗是将铝基材放入清洗剂中进行超声震荡清洗5-60min，至表面光亮；所述清洗剂为无水乙醇、丙酮和/或水。

12、进一步地，所述含铜化合物是醋酸铜、氯化铜或硫酸铜，浓度为0.05 -1.0mol/l。

13、进一步地，所述含铜化合物和水合肼的摩尔比为(2：1)-(4：1)，反应时间为6-30h。

14、进一步地，所述退火温度为25-180℃，退火时间为60分钟至6天,退火时间完成后自然缓慢冷却或骤冷。

15、本发明制备方法制得的铝基超疏水防腐涂层，对水接触角达到150°以上，滚动角小于10°，具有超疏水特性。

16、本发明铝基超疏水防腐涂层放置在室内空气中一年，其水接触角几乎不变，具有很好的耐用性，将其浸泡在酸碱盐溶液中依然能保持超疏水特性。

17、本发明材料的制备原理：采用含铜化合物和水合肼在室温条件下发生简单的化学反应生成铜纳米颗粒附着在铝基材表面，从而制备出性能优越的铝基超疏水涂层。

18、与现有技术相比，本发明的优点及有益效果为：

19、(1)本发明不需要额外使用低表面能物质进行疏水化处理，特别是不使用含氟物质，更为环保安全，所用原料廉价易得，制备工艺简单，生产成本低。

20、(2)本发明所用的水合肼通过与含铜溶液发生化学反应，生产铜单质均匀附着在铝基表面，形成防腐层，而反应后的产物主要氮气和水，所以制备过程环保，不产生环境污染问题。

21、(3)本发明提供的环保型铝基超疏水防腐涂层不含有机溶剂，既具有很高的水接触角，低的滚动角，耐高温、耐酸碱的特点，又可以有效阻碍水分子的渗透，对腐蚀环境的屏障作用优于传统的树脂涂层，具有良好的耐腐蚀的性能，稳定耐用，可长期存放，所以应用范围广泛。