一种在金属表面形成超润滑表面的方法
【专利摘要】本发明提供的是一种在金属表面形成超润滑表面的方法。(1)对表面带有一层铝的金属基材进行表面预处理；(2)将表面预处理的金属基材在19V～60V电压、0.1～120mol/L酸溶液、5～10℃温度下进行阳极化2～12h；(3)阳极化的金属基材分别在二甲基硅油、氟硅烷及全氟聚醚润滑油中各浸泡12～24h。本发明的方法设备简单，操作方便，可重复性高。这种制备超润滑表面的方法适用于任何能够镀铝的金属，通过电化学方法制备出具有独特的纳米级片层多孔结构的表面后，再用润滑液修饰该结构表面得到超润滑表面。这种超润滑表面不粘附各种复杂液体，具有抗生物附着，防污，抗冰，抗腐蚀和抗雾性能。
【专利说明】一种在金属表面形成超润滑表面的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是金属表面处理方法，具体地说是一种在金属表面制备出片层或孔状结构的超润滑表面的方法。
【背景技术】
[0002]目前，金属及金属合金在工业中占有重要地位，例如，镁合金具有低比重、高强度比和良好的减振性能，因此被广泛应用于工业领域，如汽车和航空工业。然而，由于镁的化学性质十分活泼，标准电极电位很负，导致镁合金的耐腐蚀性很差，在环境中极易发生阳极腐蚀，因此限制了其在工业上的大规模应用。铝具有比强度高、比重小、良好的延展性等优点，使得铝及铝合金在航空航天、船舶、无线电工业、包装业、冶金工业中得到重要应用。而铝的化学活泼性使得它在湿度较大的环境下或其他环境下的一些性能(如抗冰，抗雾，抗腐蚀，防污)不是很好，限制了铝及铝合金在工业上的应用。
[0003]在金属表面上制备一种对各种复杂液体都具有润滑性超润滑表面，具有抗生物附着、防污、抗冰和抗腐蚀等性能，对于以后的工业发展具有重要意义。在自然杂志2011年的477期，页码编号443-447，发表的一篇题为仿生平滑的表面修复与压力稳定一文中，制备出了一种“注入液体的超润滑表面”。这种表面不粘附水、碳氢化合物、血液、原油等液体，具有防污、抗冰、抗雾及自愈合等功能。但其中的超润滑表面只能以环氧树脂为基底，不能以金属为基底，因此不能将其应用到船舶、航天等领域。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供了一种设备简单、操作方便，能在金属表面形成不粘附各种复杂液体的在金属表面形成超润滑表面的方法。
[0005]本发明的目的是这样实现的:
[0006](1)对表面带有一层铝的金属基材进行表面预处理；
[0007](2)将表面预处理的金属基材在1抑?6(^电压、0.1?120001/1酸溶液、5?10。〇温度下进行阳极化1?12匕；
[0008](3)阳极化的金属基材分别在二甲基硅油、氟硅烷及全氟聚醚润滑油中各浸泡12 ?241
[0009]本发明还可以包括:
[0010]1、所述阳极化分两次进行，每次2?61！。
[0011]2、所述阳极化的酸溶液是0.2?0.3^01/1的草酸水溶液，电压为4(^?60乂。
[0012]3、所述阳极化的酸溶液是或者是0.4?1.011101/1的硫酸水溶液，电压为19乂?
3(^0
[0013]4、所述阳极化的酸溶液是或者是0.4?1.011101/1的磷酸水溶液，电压为19乂?
3(^0
[0014]5、所述的表面预处理的方法为:先在高温下进行退火，然后在乙醇或丙酮中超声5?10111111，用蒸饱水清洗吹干后浸泡在浓度为0.5?211101/1氢氧化钠的溶液中5?10111111，蒸馏水冲洗后吹干；用15乂?25乂直流电电抛光5?10111111，蒸馏水清洗后吹干。
[0015]6、所述的氟硅烷为全氟辛基三乙氧基硅烷、全氟癸基三乙氧基硅烷或全氟癸基三甲氧基娃烧中的一种。
[0016]7、所述的全氟聚醚润滑油为杜邦XI系列型号为104、105、106、203、204、205、206或207中的一种。
[0017]8、所述的表面带有一层铝的金属基材为铝、铝合金、在表面镀有厚度的铝的钢、在表面镀有厚度的铝的铜或在表面镀有厚度的铝的镁。
[0018]本发明具有的优益之处在于:
[0019]本发明采用简单成熟的电化学方法，在低污染的酸溶液中进行阳极化，在铝及任何镀有铝的金属表面上构筑了纳米级片层多孔结构，经过二甲基硅油、氟硅烷及杜邦&系列润滑油的修饰后得到了超润滑表面。该方法设备简单，操作方便，制备工艺简便易行，可重复性高。这种制备超润滑表面的方法适用于任何能够镀铝的金属，通过电化学方法制备出具有独特的纳米级片层多孔结构的表面后，再用润滑液修饰该结构表面得到超润滑表面。这种超润滑表面不粘附各种复杂液体(水，咖啡，果汁，酱油)，不仅具有抗生物附着，防污，抗冰，抗腐蚀和抗雾性能，而且还可以应用到船舶、航空等领域。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为制备出的纳米级片层多孔结构的扫描图；
[0021]图2为制备出的纳米级片层多孔结构的模拟示意图；
[0022]图3为制备出的超润滑表面X射线光电子衍射；
[0023]图4为制备出的超润滑表面的抗腐蚀性能图。
【具体实施方式】
[0024]为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进行更详细的说明。
[0025]实施例1:
[0026]一种铝基超润滑表面及其制备方法:
[0027](1)先将铝片在高温下进行退火，在乙醇或丙酮中超声10-！！，蒸馏水清洗吹干；高温退火后的铝片放置在1001/1氢氧化钠溶液中浸泡5111111，蒸馏水冲洗吹干；用15乂直流电电抛光10111111，蒸馏水清洗后吹干后得到光滑表面；
[0028](2)抛光后的铝片进行阳极化，一次阳极化条件:电压4(^0.3001/1草酸，温度51，反应1卜；二次阳极化与第一次阳极化条件一样，反应时间为21！；
[0029](3)将阳极化的铝片分别浸泡在二甲基硅油、全氟辛基三乙氧基硅烷及杜邦X10^系列型号为104的润滑液中2411，得到超润滑表面。
[0030]实施例2:
[0031](1)通过电镀法在镁片上电镀一层铝，铝的厚度为2臟，然后将镀铝的镁片高温下脱火，然后在乙醇或丙酮中超声1001！！，蒸馏水清洗吹干待用；高温退火后的样品放置在
0.511101/1氢氧化钠溶液中浸泡10111111，蒸馏水冲洗吹干；用207直流电电抛光5111111，蒸馏水清洗后吹干后得到光滑表面；
[0032](2)抛光后的样品进行阳极化，一次阳极化条件:电压3(^, 1.0001/1硫酸，温度101，反应5卜；二次阳极化与第一次阳极化条件一样，反应时间为51！；
[0033](3)将阳极化样品分别浸泡在二甲基硅油、全氟癸基三乙氧基硅烷及杜邦XI似系列型号为105的润滑液中12匕得到超润滑镁基表面。
[0034]实施例3:
[0035](1)首先，通过电镀法在铜片上电镀一层铝，铝的厚度为2臟，然后将镀铝的铜片高温下脱火，然后在乙醇或丙酮中超声1001！！，蒸馏水清洗吹干；高温退火后的样品放置在
1.511101/1氢氧化钠溶液中浸泡5111111，蒸馏水冲洗吹干；用25乂直流电电抛光10111111，蒸馏水清洗后吹干后得到光滑表面；
[0036](2)抛光后的样品进行阳极化，一次阳极化条件:电压3(^0.8001/1磷酸，温度51，反应2卜；二次阳极化与第一次阳极化条件一样，反应时间为21！；
[0037](3)将阳极化样品分别浸泡在二甲基硅油、十八烷基三氯硅烷及杜邦XI似系列型号为106的润滑液中15匕得到铜基超润滑表面。
[0038]实施例4:
[0039](1)通过热浸法在钢铁片上镀一层铝，铝的厚度为2！^，将镀铝的钢铁片高温下脱火，在乙醇或丙酮中超声，蒸馏水清洗吹干待用；高温退火后的样品放置在2001/1氢氧化钠溶液中浸泡10111111，蒸馏水冲洗吹干；用15乂直流电电抛光10111111，蒸馏水清洗后吹干后得到光滑表面；
[0040](2)抛光后的样品进行阳极化，一次阳极化条件:电压4(^0.3001/1草酸，温度101，反应3卜；二次阳极化与第一次阳极化条件一样，反应时间为61！；
[0041](3)将阳极化样品分别浸泡在二甲基硅油、全氟癸基三甲氧基硅烷及杜邦XI似系列型号为203的润滑液中20匕得到钢铁基超润滑表面。
【权利要求】
1.一种在金属表面形成超润滑表面的方法，其特征是: (1)对表面带有一层铝的金属基材进行表面预处理； (2)将表面预处理的金属基材在19V?60V电压、0.1?120mol/L酸溶液、5?10°C温度下进行阳极化2?12h; (3)阳极化的金属基材分别在二甲基硅油、氟硅烷及全氟聚醚润滑油中各浸泡12?24h0
2.根据权利要求1所述的在金属表面形成超润滑表面的方法，其特征是:所述阳极化分两次进行，每次I?6h。
3.根据权利要求1或2所述的在金属表面形成超润滑表面的方法，其特征是:所述阳极化的酸溶液是0.2?0.3mol/L的草酸水溶液，电压为40V?60V。
4.根据权利要求1或2所述的在金属表面形成超润滑表面的方法，其特征是:所述阳极化的酸溶液是或者是0.4?1.0moI/L的硫酸水溶液，电压为19V?30V。
5.根据权利要求1或2所述的在金属表面形成超润滑表面的方法，其特征是:所述阳极化的酸溶液是或者是0.4?1.0moI/L的磷酸水溶液，电压为19V?30V。
6.根据权利要求1或2所述的在金属表面形成超润滑表面的方法，其特征是:所述的表面预处理的方法为:先在高温下进行退火，然后在乙醇或丙酮中超声5?lOmin，用蒸馏水清洗吹干后浸泡在浓度为0.5?2mol/L氢氧化钠的溶液中5?lOmin，蒸馏水冲洗后吹干；用15V?25V直流电电抛光5?lOmin，蒸馏水清洗后吹干。
7.根据权利要求3所述的在金属表面形成超润滑表面的方法，其特征是:所述的表面预处理的方法为:先在高温下进行退火，然后在乙醇或丙酮中超声5?lOmin，用蒸馏水清洗吹干后浸泡在浓度为0.5?2mol/L氢氧化钠的溶液中5?lOmin，蒸馏水冲洗后吹干；用15V?25V直流电电抛光5?lOmin，蒸馏水清洗后吹干。
8.根据权利要求4所述的在金属表面形成超润滑表面的方法，其特征是:所述的表面预处理的方法为:先在高温下进行退火，然后在乙醇或丙酮中超声5?lOmin，用蒸馏水清洗吹干后浸泡在浓度为0.5?2mol/L氢氧化钠的溶液中5?lOmin，蒸馏水冲洗后吹干；用15V?25V直流电电抛光5?lOmin，蒸馏水清洗后吹干。
9.根据权利要求5所述的在金属表面形成超润滑表面的方法，其特征是:所述的表面预处理的方法为:先在高温下进行退火，然后在乙醇或丙酮中超声5?lOmin，用蒸馏水清洗吹干后浸泡在浓度为0.5?2mol/L氢氧化钠的溶液中5?lOmin，蒸馏水冲洗后吹干；用15V?25V直流电电抛光5?lOmin，蒸馏水清洗后吹干。
【文档编号】B05D5/00GK104451811SQ201410668460
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月20日 优先权日:2014年11月20日
【发明者】王君, 宋婷婷, 刘琦, 刘婧媛, 杨婉璐, 张宏森, 吴雪松, 刘连河 申请人:哈尔滨工程大学