CN103409754A - 基于刻蚀法的铝材料表面超疏水性处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于刻蚀法的铝材料表面超疏水性处理方法，其特征在于，包括下述步骤：（1）截取一段铝试样，并进行表面抛光处理；（2）采用质量浓度为10～25%的盐酸溶液对抛光后试样表面进行刻蚀，刻蚀时间0.5min～10min：（3）采用质量浓度为1～5%硬脂酸乙醇溶液对刻蚀后的试样表面进行低表面能修饰，最后将试样取出干燥。本发明通过合适的刻蚀条件，在铝表面构造出类似荷叶表面的微米‐纳米复合粗糙结构，再通过低表面能修饰后，可以达到超疏水状态。
Description
技术领域
本发明涉及一种材料表面的处理方法，特别涉及一种铝材料表面超疏水性的处理方法。
背景技术
铝型材料由于其具有质量轻、比强度高、耐腐蚀、易加工等优点，在电网、建筑、航空等领域都有广泛的运用，是应用最广的工程材料之一。从自然界荷叶等具有特殊浸润性的表面受到启发，超疏水表面是近年来国内外的一个研究热点。超疏水表面是指表面和水滴静态接触角在150°以上的表面，水滴在其表面近似呈圆球形，接触面积很小，很容易滚落。由于超疏水表面具有拒斥水滴粘附能力，因此超疏水表面在防止表面积污、防止表面结冰/结霜、输油管道减小流体阻力等领域具有广泛的应用前景。在铝型材料上构筑超疏水表面，可以进一步促进其在工业上的应用，具有重要的经济意义。
材料表面超疏水性处理，一般是采用两种思路：一是在疏水材料表面构筑微纳米的粗糙结构，二是在粗糙结构表面进一步进行低表面能修饰。由于铝材料为亲水材料，因此要在其表面构造超疏水特性，必须采用通常的两步法：首先在构造微纳米的微观结构；然后进行低表面能修饰。
目前的铝材料的疏水表面处理方法在构造微纳米的微观结构，存在着工艺复杂、成本昂贵等缺点，如喷砂法、等离子体处理法、模板法等。而且这些方法进行低表面能修饰时采用较多为氟硅烷、硅烷偶联剂等，虽然处理的效果不错，但是成本较为昂贵、对环境有害。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用刻蚀技术，在铝型材表面形成微纳米的微观结构，再进行低表面能修饰，实现铝型材超疏水表面形成的方法。
为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：
一种基于刻蚀法的铝材料表面超疏水性处理方法，其特征在于，包括下述步骤：
（1）截取一段铝试样，并进行表面抛光处理；
（2）采用质量浓度为10～25%的盐酸溶液对抛光后试样表面进行刻蚀，刻蚀时间为0.5min～10min：
（3）采用质量浓度为1～5%硬脂酸乙醇溶液对刻蚀后的试样表面进行低表面能修饰，最后将试样取出干燥。
上述方法中，所述的刻蚀时间为0.5min～10min。
所述低表面能修饰时间为10～20min。所述干燥是将试样置于90℃干燥箱中完成。
本发明提供的技术方法具有如下优点：
本发明采用盐酸溶液对铝进行化学刻蚀从而一步在表面形成复合微观粗糙结构。本发明采用的成本低廉的硬脂酸代替氟硅烷、聚四氟乙烯等成本较高的低表面能修饰剂，得到了效果优异的超疏水铝型材料。本发明方法工艺简便，成本低廉，便于实现大规模的工业应用。
附图说明
以下结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1为实施例1铝导线试样表面的微观形貌。其中（a）为2000倍放大照片；（b）为5000倍放大照片。
图2为实施例1铝导线试样表面的接触角（152.4°）。
具体实施方式
实施例1
（1）截取铝试样（100mm*10mm*5mm），并分别采用400#和800#砂纸进行表面抛光处理，抛光后用水超声清洗，干燥；
（2）采用质量浓度为20%的盐酸溶液对抛光后试样表面进行化学刻蚀，刻蚀时间为1min，在材料表面构筑微纳米复合结构，刻蚀后，用水对铝型材料进行大量清洗，以除去反应残留物；
（3）采用质量浓度为1%硬脂酸乙醇溶液对刻蚀后的试样表面进行低表面能修饰15min，最后将试样取出于90℃干燥箱中干燥。
对本实施例样品表面进行显微结构分析，结果参见图1。对本实施例样品表面进行接触角测量，结果参见图2。
实施例2
工艺步骤同实施例1，与实施例1不同之处是：采用质量浓度为15%的盐酸溶液刻蚀2min，采用质量浓度为2%的硬脂酸乙醇溶液低表面能修饰10min。
实施例3
工艺步骤同实施例1，与实施例1不同之处是：采用质量浓度为12%的盐酸溶液刻蚀5min，采用质量浓度为1%的硬脂酸乙醇溶液低表面能修饰20min。
实施例4
工艺步骤同实施例1，与实施例1不同之处是：采用质量浓度为5%的盐酸溶液刻蚀15min，采用质量浓度为5%的硬脂酸乙醇溶液低表面能修饰10min。
实施例5
工艺步骤同实施例1，与实施例1不同之处是：采用质量浓度为25%的盐酸溶液刻蚀0.5min。
如图1所示；经化学刻蚀，试样表面形成了尺寸3μm的矩形凸台和凹坑，微米级粗糙结构还存有纳米级粗糙结构。经硬脂酸修饰后，表面的接触角增大到152.4°（图2），表面的疏水性增强很多。说明通过合适的刻蚀条件，是可以在铝表面构造出类似荷叶表面的微米‐纳米复合粗糙结构，再通过低表面能修饰后，可以达到超疏水状态。
Claims (4)
1.一种基于刻蚀法的铝材料表面超疏水性处理方法，其特征在于，包括下述步骤：
（1）截取一段铝试样，并进行表面抛光处理；
（2）采用质量浓度为10～25%的盐酸溶液对抛光后试样表面进行刻蚀，刻蚀时间为0.5min～10min：
（3）采用质量浓度为1～5%硬脂酸乙醇溶液对刻蚀后的试样表面进行低表面能修饰，最后将试样取出干燥。
2.如权利要求1所述的基于刻蚀法的铝材料表面超疏水性处理方法，其特征在于，所述的刻蚀时间为0.5min～10min。
3.如权利要求1所述的基于刻蚀法的铝材料表面超疏水性处理方法，其特征在于，所述低表面能修饰时间为10～20min。
4.如权利要求1所述的基于刻蚀法的铝材料表面超疏水性处理方法，其特征在于，所述干燥是将试样置于90℃干燥箱中完成。
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