CN102310037B - 一种制备超疏水着色铝合金的方法 - Google Patents

一种制备超疏水着色铝合金的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于超疏水表面制备技术领域，提供了一种制备超疏水可着色铝合金表面的新方法。首先将铝镁合金板材进行机械磨光和抛光，去除表面缺陷和氧化膜，用乙醇和去离子水清洗，并干燥。然后将0.5mol/L硝酸铜溶液和20%氯化钠溶液混合并充分搅拌制成槽液A。将0.015mol/L硝酸铜溶液和0.8%氯化钠溶液混合并充分搅拌制成槽液B。将铝合金板材浸入30℃~40℃槽液A中50分钟，随后用去离子水充分清洗，并在炉温80-100℃中干燥。将铝合金板材浸入30℃~40℃槽液B中120分钟，随后用去离子水充分清洗，并在炉温80-100℃中干燥。在质量分数为1%的硬脂酸乙醇溶液中浸泡30分钟，在相对湿度为60-75%，室温大气环境下干燥24小时，即可制备出分别为绿色系和红色系的铝合金超疏水表面。

Description

一种制备超疏水着色铝合金的方法
技术领域
发明涉及在室温大气环境中制备可着色超疏水铝合金表面的方法。
背景技术
近年来，超疏水表面（材料表面与水的接触角大于150o，并且水滴在表面上有较小的滚动角）引起了广泛的研究兴趣。由于液体在超疏水表面上的接触面积非常小，可以有效地抑制表面氧化、腐蚀、霜冻、电流传导等现象；另外，超疏水表面的水滴不能在表面稳定停留，稍微倾斜表面便会从表面滚落而不留下任何痕迹，因此，超疏水表面在室外天线、外墙涂料、轮船、生物医疗器械、微流体、汽车挡风玻璃等领域都具有广泛的应用前景。铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，广泛应用于航空航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业。具有优良的导电性、导热性、加工塑性、抗蚀性和较高的强度。然而，常用的铝合金表面处理方法所获得的金属表面不具有自清洁性，容易被污染，超疏水铝合金的制备成功将有助于提高铝合金的应用效率和范围。而可着色超疏水铝合金的制备成功使铝合金表面多彩化，可与建筑群、建筑小区的人文环境效果匹配，大大丰富了建筑物的外立面，增强建筑的整体美感，同时可进一步向交通高速公路护栏、汽车、包装等行业渗透推广。
要使铝合金超疏水表面在实际工农业生产及日常生活中真正使用，其制备工艺是关键，也是基础。近年来，发展了一些制备铝合金超疏水表面的技术，如化学气相沉积法、电化学沉积法、聚电解质交替沉积法、阳极氧化法、等离子体法、化学蚀刻法等。然而，现有的这些方法要么使用昂贵的材料如表面能极低的氟化硅氧烷，要么需要特殊的加工设备如等离子加工设备或复杂的工艺过程，因而成本较高，难以产业化。而且对着色超疏水铝合金表面的研究并未见报道。因此发明一种简单而且成本低的技术制备可着色超疏水铝合金表面工艺是非常有必要的。 
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺简单而且成本低的在铝合金表面构建可着色超疏水结构的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供的在铝合金表面构建可着色超疏水结构的制备方法，包括如下步骤：
  (1) 先将铝合金板材进行机械磨光和抛光，去除表面缺陷和氧化膜，用乙醇和去离子水分别清洗15分钟，随后在炉温120℃环境下干燥30分钟；
(2) 将0.5 mol/ L 硝酸铜溶液和 20%氯化钠溶液混合并充分搅拌制成槽液A；将0.015 mol/ L硝酸铜溶液和 0.8% 氯化钠溶液混合并充分搅拌制成槽液B；
 (3) 将铝合金板材浸入30℃~40℃槽液A中50分钟，随后用去离子水充分清洗，并在炉温80-100℃中干燥；将铝合金板材浸入30℃~40℃槽液B中120分钟，随后用去离子水充分清洗，并在炉温80-100℃中干燥；
 (4) 在质量分数为1%的硬脂酸乙醇溶液中浸泡30分钟，在相对湿度为60~75%，室温大气环境下干燥24小时，即可制备出分别为绿色系和红色系的铝合金超疏水表面。
上述步骤(3)中将铝合金板材浸入30℃~40℃槽液A中50分钟，随后用去离子水充分清洗，并在炉温80-100℃中干燥；将铝合金板材浸入30℃~40℃槽液B中120分钟，随后用去离子水充分清洗，并在炉温80-100℃中干燥。
上述步骤(4)中在质量分数为1%的硬脂酸乙醇溶液中浸泡30分钟，在相对湿度为60～75%，室温大气环境下干燥24小时。
采用上述技术方案的在铝合金表面构建可着色超疏水结构的制备方法，所用的化学处理液是：硝酸铜和氯化钠。所用的表面涂覆材料为：硬脂酸、乙醇。超疏水基底材料可以是纯铝或铝合金。超疏水铝合金表面与水的接触角在150o～165o之间，水滴在材料表面的滚动角小于10o。超疏水铝合金表面的超疏水性质稳定，在温度范围为0～40℃、相对湿度为30%～90%的环境中放置半年，超疏水性质没有发生很大变化。
综上所述，本发明的具有超疏水可着色铝合金的制备方法操作工艺简单、可控性好、重现性好、无需任何昂贵设备、也不需要复杂的化学处理过程，易于产业化，具有很好的工业化应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例1获得的超疏水绿色系铝合金表面的扫描电镜图；
图2是本发明实施例1获得的超疏水红色系铝合金表面的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1:
首先，先将铝合金板材进行机械磨光和抛光，去除表面缺陷和氧化膜，用乙醇和去离子水分别清洗15分钟。将0.4 mol/ L硝酸铜和 20%氯化钠混合并充分搅拌制成槽液A；将0.00625mol/ L硝酸铜和 0.8% 氯化钠混合并充分搅拌制成槽液B。将铝合金板材浸入30℃槽液A中35分钟，随后用去离子水充分清洗，并在炉温80-100℃中干燥。将铝合金板材浸入30℃槽液B中100分钟，随后用去离子水充分清洗，并在炉温80中干燥。在质量分数为1%的硬脂酸乙醇溶液中浸泡30分钟，在相对湿度为60~75%，室温大气环境下干燥24小时，即可制备出分别为绿色系和红色系的铝合金超疏水表面。用OCA20 接触角测试仪测试该涂层表面的润湿性，结果表明该表面与水的接触角为158±2o 和150±2o。
实施例2:
  首先，先将铝合金板材进行机械磨光和抛光，去除表面缺陷和氧化膜，用乙醇和去离子水分别清洗15分钟。将0.5 mol/ L硝酸铜和 20%氯化钠混合并充分搅拌制成槽液A；将0.01mol/ L硝酸铜和0.8% 氯化钠混合并充分搅拌制成槽液B。将铝合金板材浸入35℃槽液A中35分钟，随后用去离子水充分清洗，并在炉温90℃中干燥。将铝合金板材浸入30℃槽液B中100分钟，随后用去离子水充分清洗，并在炉温100℃中干燥。在质量分数为1%的硬脂酸乙醇溶液中浸泡30分钟，在相对湿度为60~75%，室温大气环境下干燥26小时，即可制备出分别为绿色系和红色系的铝合金超疏水表面。用OCA20 接触角测试仪测试该涂层表面的润湿性，结果表明该表面与水的接触角分别为160±2o 和154±2o。
实施例3:
首先，先将铝合金板材进行机械磨光和抛光，去除表面缺陷和氧化膜，用乙醇和去离子水分别清洗15分钟。将0.8mol/ L硝酸铜和 20%氯化钠混合并充分搅拌制成槽液A；将0.015mol/ L硝酸铜和 0.8% 氯化钠混合并充分搅拌制成槽液B。将铝合金板材浸入40℃槽液A中45分钟，随后用去离子水充分清洗，并在炉温80℃中干燥。将铝合金板材浸入35℃槽液B中120分钟，随后用去离子水充分清洗，并在炉温80℃中干燥。在质量分数为1%的硬脂酸乙醇溶液中浸泡30分钟，在相对湿度为60~75%，室温大气环境下干燥22小时，即可制备出分别为绿色系和红色系的铝合金超疏水表面。用OCA20 接触角测试仪测试该涂层表面的润湿性，结果表明该表面与水的接触角分别为156±2o 和149±2o。
实施例4:
首先，先将铝合金板材进行机械磨光和抛光，去除表面缺陷和氧化膜，用乙醇和去离子水分别清洗15分钟。将1.0 mol/ L硝酸铜和 20%氯化钠混合并充分搅拌制成槽液A；将0.025 mol/ L硝酸铜和 0.8% 氯化钠混合并充分搅拌制成槽液B。将铝合金板材浸入40℃槽液A中50分钟，随后用去离子水充分清洗，并在炉温100℃中干燥。将铝合金板材浸入30℃槽液B中100分钟，随后用去离子水充分清洗，并在炉温100℃中干燥。在质量分数为1%的硬脂酸乙醇溶液中浸泡30分钟，在相对湿度为60~75%，室温大气环境下干燥28小时，即可制备出分别为绿色系和红色系的铝合金超疏水表面。用OCA20 接触角测试仪测试该涂层表面的润湿性，结果表明该表面与水的接触角分别为163±2o 和153±2o。

Claims (1)

1.一种在铝合金表面构建可着色超疏水结构的制备方法，包括如下步骤：
（1）先将铝合金板材进行机械磨光和抛光，去除表面缺陷和氧化膜，用乙醇和去离子水分别清洗15分钟，随后在炉温120℃环境下干燥30分钟；
（2）将0.5 mol/ L硝酸铜溶液和20%氯化钠溶液混合并充分搅拌制成槽液A；将0.015 mol/ L硝酸铜溶液和0.8%氯化钠溶液混合并充分搅拌制成槽液B；
（3）将铝合金板材浸入30℃~40℃槽液A中50分钟，随后用去离子水充分清洗，并在炉温80-100℃中干燥；将铝合金板材浸入30℃~40℃槽液B中120分钟，随后用去离子水充分清洗，并在炉温80-100℃中干燥；
（4）在质量分数为1%的硬脂酸乙醇溶液中浸泡30分钟，在相对湿度为60~75%，室温大气环境下干燥24小时，即可制备出分别为绿色系和红色系的铝合金超疏水表面；
所述铝合金超疏水表面与水的接触角在150o～165o之间，水滴在材料表面的滚动角小于10o。
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