一种铝及铝合金超疏水表面的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种铝及铝合金超疏水表面的制备方法，属于金属表面处理领域。本发明所述方法是通过一步化学沉积与修饰的制备工艺在铝或铝合金表面构造出低表面能枝晶状微纳复合结构的超疏水表面，与普通的分步法（如化学沉积或化学刻蚀等，再修饰）相比，该方法所用时间短，制备效率高，无污染，条件设备简单，成本低廉，利于规模化生产。
【专利说明】
一种铝及铝合金超疏水表面的制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种铝及铝合金超疏水表面的制备方法，属于金属表面处理领域。
【背景技术】
[0002]铝及其合金具有密度小，强度高，导电导热性好等特点，其在建筑、交通、航空、机械制造和家电等领域有着广泛的应用。例如:空调的室内蒸发器和室外冷凝器的散热片以及其部分导管为铝基材料，高压输电线缆为铝绞线，一部分航空发动机的叶片为铝合金。这些场合使用的铝或铝合金在冬季极易出现冷凝水或结冰、结霜，轻者造成室内停电、空调漏水、制冷和制热失效等，重者会引起输电线路倒杆、倒塔及坠机等事故。研究表明超疏水表面处理不但可以改善铝或铝合金的防结冰性能，同时还使其具有防污自洁、防腐蚀，降阻等功能。
[0003]超疏水表面是水接触角大于150°且滚动角小于10°的表面。研究认为超疏水表面的构建必须满足两个条件:表面必须具有微纳粗糙结构和该材料具有极低的表面自由能。对金属尤其是铝基材料而言，其表面活性高、表面能大，一般先需要通过化学或物理的方法使表面粗糙化再用低表面能物质对已有的粗糙结构进行修饰以获得超疏水特性。专利CN101007304公开了利用两步法先将铝及铝合金置于含有硝酸和金属盐(铜盐或镍盐)溶液中腐蚀0.5-20 min后，再经硅烷浸泡修饰(12-14 h)可获得最大接触角为165°的超疏水表面，但是这种化学腐蚀加浸泡修饰的方法整个的制备时间过长，制备效率相对低，混合液中的硝酸具有较强的腐蚀性。专利CN104911599A公开了一种利用激光刻蚀加高温氧化(100-2502-8 h)的方法制备铝合金超疏水表面，但是这种方法，仅适用于规整的铝合金板材，同时所用的设备条件及成本高，制备时间长，不利于规模化。为简化超疏水表面的制备工艺，使铝合金表面粗糙化和低表面能化的过程同步进行，专利CN2012101423432公开了铝合金超疏水表面一步浸泡处理的方法即将铝合金浸于溶有盐酸、硬脂酸及乙醇的混合溶液中(温度30-70°C，浸泡时间5-25 min)，取出后置于箱式电炉固化(温度50-90°C，时间30-90min)获得超疏水表面，虽然制备工艺得以简化，但是该一步浸泡获得超疏水表面的制备工艺条件相对高，整体的制备周期较长。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种铝及铝合金超疏水表面的制备方法，具体包括以下步骤:
(I)混合溶液的配制:将CuCl2溶于水和无水乙醇的混合溶剂中得到混合溶液A，混合溶液A中CuCl2的浓度为0.2-0.25 mol/L，然后将正十二硫醇逐滴滴入到混合溶液A中并充分混合得到混合溶液B，正十二硫醇的加入量为混合溶液A体积的0.8?1.2%。
[0005](2)前处理:去除铝或铝合金表面的油污及氧化层。
[0006](3)—步快速化学沉积与修饰:将前处理的招或招合金置于混合溶液B中5-10s后取出，浸于无水乙醇后取出快速吹干。
[0007]优选的，本发明所述混合溶剂中去离子水与无水乙醇的体积比为1:2。
[0008]优选的，本发明所述步骤(2)中采用砂纸去除低碳钢表面氧化层及油污，并在丙酮和乙醇中超声清洗吹干。
[0009]本发明提供的技术方法具有如下优点:
(I)本发明采用了成本低廉，无毒无污染的氯化铜，正十二硫醇，乙醇及水的混合溶液，通过一步快速化学沉积与修饰的制备工艺，使铝或铝合金表面微纳粗糙结构的构造及其低表面能的化学修饰同时进行，这样极大地简化了铝基超疏水表面的制备工艺，该制备过程最短只需要5秒;总体而言，这种制备工艺所用时间短，制备效率极高，无毒无污染，条件设备简单，成本低廉，利于规模化生产。
[0010](2)本发明所述方法可在大小不同、形状各异的铝或铝合金表面制备出具有防污自洁和减阻等优异性能的超疏水表面，并且通过工艺优化可制备出在与水接触角为156°、滚动角为2°时，超疏水铝或铝合金，其防污自洁和减阻性能表现最好。
【附图说明】
[0011]图1为实施例1制备得到的铝合金超疏水表面与水的接触角光学图。
[0012]图2为实施例2制备得到的铝合金超疏水表面与水的接触角光学图。
[0013]图3为实施例3制备得到的金属铝超疏水表面与水的接触角光学图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
[0015]实施例1
本实施例提供一种铝合金超疏水表面的制备方法，具体包括以下步骤:
(I)混合溶液的配制:将CuCl2溶于水和无水乙醇(水与无水乙醇体积比1: 2)的混合溶剂中得到混合溶液A，混合溶液A中CuCl2的浓度为0.2mol/L，然后将0.6ml的正十二硫醇逐滴滴入到60ml混合溶液A中并充分混合得到混合溶液B，正十二硫醇的加入量为混合溶液A体积的1%。
[0016](2)前处理:用600#SiC砂纸去除铝合金(牌号6061)表面氧化层及油污后，依次置于99%丙酮和99%乙醇中超声1分钟取出快速吹干。
[0017](3)—步快速化学沉积与修饰:将处理的铝合金置于混合溶液中1s后取出，浸于无水乙醇中后取出快速吹干，从而获得具有优异的防污自洁和减阻性能的铝合金超疏水表面，其滚动角为156°，接触角为2° (如图1)。
[0018]实施例2
本实施例提供一种铝合金超疏水表面的制备方法，具体包括以下步骤:
(I)混合溶液的配制:CuCl2溶于水和无水乙醇的混合溶剂(水与无水乙醇体积比1:2)中得到混合溶液A，混合溶液A中CuCl2的浓度为0.25 mol/L，然后将0.48ml正十二硫醇逐滴滴入到60ml混合溶液A中并充分混合得到混合溶液B，正十二硫醇的加入量为混合溶液A体积的0.8%。
[0019](2)前处理:用600#SiC砂纸去除铝合金(牌号6061)表面氧化层及油污后，依次置于99%丙酮和99%乙醇中超声5分钟取出快速吹干。
[0020](3)快速化学沉积与修饰:将前处理的铝合金置于混合溶液中5 s后取出，浸于无水乙醇中后取出快速吹干，从而获得具有优异的防污自洁和减阻性能的铝合金超疏水表面，其滚动角为152°，接触角为3° (如图2)。
[0021]实施例3
本实施例提供一种金属铝超疏水表面的制备方法，具体包括以下步骤:
(I)混合溶液的配制:CuCl2溶于水和无水乙醇(水与无水乙醇体积比1: 2)的混合溶剂中得到混合溶液A，混合溶液A中CuCl2的浓度为0.23 mol/L，然后将0.72ml正十二硫醇逐滴滴入到60ml混合溶液A中并充分混合得到混合溶液B，正十二硫醇的加入量为混合溶液A体积的1.2%。
[0022](2)前处理:用800#SiC砂纸去除纯铝片表面氧化层及油污后，依次置于99%丙酮和99%乙醇中超声1分钟取出快速吹干。
[0023](3)—步快速化学沉积与修饰:将处理的铝片置于混合溶液中5 s后取出，浸于无水乙醇中后取出快速吹干，从而获得具有优异的防污自洁和减阻性能的铝合金超疏水表面，其滚动角为154°，接触角为2° (如图3)。
【主权项】
1.一种铝及铝合金超疏水表面的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤: (1)混合溶液的配制:将CuCl2溶于水和无水乙醇的混合溶剂中得到混合溶液A，混合溶液A中CuCl2的浓度为0.2?0.25 mol/L，然后将正十二硫醇逐滴滴入到混合溶液A中并充分混合得到混合溶液B，正十二硫醇的加入量为混合溶液A体积的0.8-1.2%; (2)前处理:去除铝或铝合金表面的油污及氧化层； (3)—步快速化学沉积与修饰:将前处理的铝或铝合金置于混合溶液B中5-lOs后取出，浸于无水乙醇后取出快速吹干。2.根据权利要求1所述铝及铝合金超疏水表面的制备方法，其特征在于:混合溶剂中去离子水与无水乙醇的体积比为1:2。3.根据权利要求1所述铝及铝合金超疏水表面的制备方法，其特征在于:步骤(2)中采用砂纸去除低碳钢表面氧化层及油污，并在丙酮和乙醇中超声清洗吹干。
【文档编号】C23C18/38GK106086835SQ201610596941
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月27日 公开号201610596941.5, CN 106086835 A, CN 106086835A, CN 201610596941, CN-A-106086835, CN106086835 A, CN106086835A, CN201610596941, CN201610596941.5
【发明人】朱艳, 王力, 黎振华, 贺胤
【申请人】昆明理工大学