CN103276429A - 铝或铝合金的超疏水表面的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铝或铝合金的超疏水表面的制备方法，方法如下：依次用乙醇、去离子水超声清洗铝或铝合金片；以草酸水溶液作为电解液，铝或铝合金片作阳极，石墨做阴极，通电、水浴中氧化，一步构造出金字塔形的微纳复合结构的表面，然后再次清洗铝或铝合金片，烘干；将阳极氧化后的铝或铝合金片采用低表面能材料修饰，烘干后即得到超疏表面。用阳极氧化技术，在强电流下只需一步就构造出具有金字塔形的微米结构和具有纳米线的二元复合结构，使用的方法简便，技术成熟，并且大大减小了制备时间；阳极氧化的温度要求很低，不需要在低温恒温条件下即可制备。制备的超疏表面对水的接触角可达155°以上。

Description

铝或铝合金的超疏水表面的制备方法

技术领域

本发明涉及超疏水表面制备技术，具体涉及一种铝或铝合金的超疏水表面的制备方法。

背景技术

自从发现“荷叶效应”以来，超疏水表面引起了全世界的广泛关注。超疏表面的液滴接触角大于150°，滚动角小于5°。当前研究结果表明，超疏水性主要由表面粗糙度和表面能这两个要素共同决定。由于具有最低表面能的光滑表面，其与水的接触角也仅有119°，所以还需要在表面上构造形貌复杂粗糙的围观结构。表面上突起部位与液滴之间的接触面积越小，那么疏水性越好，接触角越大。

具有“荷叶效用”的表面有减阻防水防污自清洁等功能，其在管道运输，船舶航海，工厂生产，汽车保洁等大量领域内有着广泛的应用前景。超疏水表面在许多方面都有宝贵的应用价值，比如制作管道内壁加快液体输送；在舰体加上超疏膜可以减小船舶航行的阻力；机械设备表面超疏膜能够减小污水侵蚀；汽车外壳的超疏膜可避免水雾痕迹残留等。现阶段，如何能够快速经济地在铝表面上制备超疏表面，实现大规模的制取成为了一个很有前景的研究热点。目前相对成熟的制备方法主要有电化学法和化学法。化学法由于制备时间较长，使用的化学药品大多具有污染性，因此能够快速高效制备超疏表面的电化学法成为能够大规模生产的首选方法。现在已经提出了几种利用电化学制备超疏表面的技术，比如周峰等人(中国专利，申请号：200810150857.6)在铝表面首先用氯化钠溶液刻蚀，再在草酸溶液中阳极氧化。还有刘为民等人(中国专利，申请号：200810183392.4)在铝表面先用硫酸钠电化学刻蚀，再在硫酸溶液中阳极氧化。这两种发明的工艺步骤都相对复杂，电化学刻蚀和阳极氧化耗费时间较长。特别地，阳极氧化时溶液温度很低，并且需要做到恒温氧化，对设备要求高，制备成本较贵。这些存在的问题不利于工业生产。本发明找到一个更加简单易行，采用水浴降温的方法，在强电场作用下一步阳极氧化完成了铝及其合金超疏表面的工艺制备。

发明内容

基于以上不足之处，本发明的目的在于提供一种经济，快速，简便的铝或铝合金的超疏水表面的制备方法。本方法利用阳极氧化方法在铝或铝合金表面制备超疏水表面。

一种铝或铝合金的超疏水表面的制备方法，方法如下：

(1)、清洗：依次用乙醇、去离子水超声清洗铝或铝合金片；

(2)、阳极氧化：以浓度0.3M草酸水溶液作为电解液，将上步清洗干净的铝或铝合金片作阳极，石墨做阴极，在电流密度为0.5-1.5A/cm²、常温或30-40℃水浴中，氧化4-15分钟，一步构造出金字塔形的微纳复合结构的表面，，然后依次用乙醇、去离子水再次清洗铝或铝合金片，烘干；

(3)、低表面能修饰：将阳极氧化后的铝或铝合金片采用低表面能材料修饰，烘干后即得到超疏表面。

本发明还具有如下特征：

1、所述的的低表面能材料为氟硅烷或长链脂肪酸的乙醇溶液。

2、所述的步骤(3)具体为将铝或铝合金片放入低表面能材料的乙醇溶液中浸泡20-30分钟后，在100-120℃保温2-3小时得到超疏水表面。

3、所述的低表面能材料的浓度为0.5-1wt％的氟硅烷或长链脂肪酸的乙醇溶液。本发明具有以下优点：

1.采用阳极氧化技术，在强电流下只需一步就构造出具有金字塔形的微米结构和具有纳米线的二元复合结构，使用的方法简便，技术成熟，并且大大减小了制备时间；

2.阳极氧化的温度要求很低，不需要在低温恒温条件下即可制备。

3.制备的超疏表面对水的接触角可达155°以上。

具体实施方式

实施例1

1、依次用乙醇、去离子水超声清洗铝合金片(铝含量98％，其余成分为镁，硅等)基体(20mm×10mm×1.5mm)，以除去铝合金片上的油脂及杂质离子；

2、将上一步清洗干净的铝合金片用浓度为0.3M的草酸水溶液作为电解液，铝片做阳极，石墨片作阴极，30℃下水浴，通恒定电流密度0.5A/cm²，阳极氧化12分钟。然后用乙醇和去离子水清洗铝合金片，烘干；

3、将上一步阳极氧化处理后的铝合金片浸入1wt％氟硅烷乙醇溶液中30分钟后，再120℃保温2小时，即得到超疏水表面。水滴在铝表面接触角为156°。

实施例2

1、依次用乙醇、去离子水超声清洗铝片基体(20mm×10mm×1.5mm)，以除去铝片上的油脂及杂质离子；

2、将上一步清洗干净的铝片用0.3M的草酸水溶液作为电解液，铝片做阳极，石墨片作阴极，40℃下水浴中，通恒定电流1.5A/cm²，阳极氧化4分钟。然后用乙醇和去离子水清洗铝片，烘干；

3、将上一步阳极氧化处理后的铝片浸入0.5-1wt％氟硅烷乙醇溶液中20分钟，在110℃下保温2.5小时，即得到超疏水表面。水滴在铝表面接触角为157°。

实施例3

1、依次用乙醇、去离子水超声清洗铝片基体(20mm×10mm×1.5mm)，以除去铝片上的油脂及杂质离子；

2、将上一步清洗干净的铝片用0.3M的草酸水溶液作为电解液，铝片做阳极，石墨片作阴极，常温水浴，通恒定电流密度1.0A/cm²，阳极氧化4分钟。然后用乙醇和去离子水清洗铝片，烘干；

3、将上一步阳极氧化处理后的铝片浸入0.5-1wt％氟硅烷乙醇溶液中20分钟，在120℃下保温2小时，即得到超疏水表面。水滴在铝表面接触角为158°。

实施例4

1.依次用乙醇、去离子水超声清洗铝合金片(铝含量98％，其余成分为镁，硅等)基体(20mm×10mm×1.5mm)，以除去铝合金片上的油脂及杂质离子；

2.将上一步清洗干净的铝合金片用0.3M的草酸水溶液作为电解液，铝合金片做阳极，石墨片作阴极，常温水浴，通恒定电流密度0.5A/cm²，阳极氧化15分钟。然后用乙醇和去离子水清洗铝合金片，烘干；

3.将上一步阳极氧化处理后的铝合金片浸入浓度为0.5mol/L的CH₃(CH₂)₁₂COOH的乙醇溶液中20分钟，在100℃下保温3小时，即得到超疏水表面。水滴在铝表面接触角为155°。

Claims (4)

1.一种铝或铝合金的超疏水表面的制备方法，其特征在于，方法如下：

(1)、清洗：依次用乙醇、去离子水超声清洗铝或铝合金片；

(2)、阳极氧化：以浓度0.3M草酸水溶液作为电解液，将上步清洗干净的铝或铝合金片作阳极，石墨做阴极，在电流密度为0.5-1.5A/cm²、常温或30-40℃水浴中，氧化4-15分钟，一步构造出金字塔形的微纳复合结构的表面，然后依次用乙醇、去离子水再次清洗铝或铝合金片，烘干；

(3)、低表面能修饰：将阳极氧化后的铝或铝合金片采用低表面能材料修饰，烘干后即得到超疏表面。

2.根据权利要求1所述的一种铝或铝合金的超疏水表面的制备方法，其特征在于：所述的的低表面能材料为氟硅烷或长链脂肪酸的乙醇溶液。

3.根据权利要求1所述的一种铝或铝合金的超疏水表面的制备方法，其特征在于：所述的步骤(3)具体为将铝或铝合金片放入低表面能材料的乙醇溶液中浸泡20-30分钟后，在100-120℃保温2-3小时得到超疏水表面。

4.根据权利要求2或3所述的一种铝或铝合金的超疏水表面的制备方法，其特征在于：所述的低表面能材料的浓度为0.5-1wt％的氟硅烷或长链脂肪酸的乙醇溶液。