CN103966641A - 一种利用人工仿猪笼草超滑表面防止金属大气腐蚀的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用人工仿猪笼草超滑表面防止金属大气腐蚀的方法，具体为，采用微观结构构筑-润滑油注入两步法在铝表面制备人工仿猪笼草超滑表面，由于水滴与仿猪笼草超滑表面间极小的摩擦阻力，水滴易于在所获得的表面运动，阻止水滴在其表面的滞留，降低表面润湿时间，进而抑制其对基体金属的腐蚀。本发明操作简单易行，不需要昂贵的设备，所用试剂无环境危害。

Description

一种利用人工仿猪笼草超滑表面防止金属大气腐蚀的方法
技术领域
本发明涉及金属防大气腐蚀的方法，具体是利用人工仿猪笼草超滑表面防止金属大气腐蚀的方法。
背景技术
腐蚀是一种典型的金属破坏形式，会导致工程设施的失效，是工程设施服役过程中面临的主要威胁之一。据世界各国的统计，因腐蚀所致损失约占国民生产总值的3-5％，自然界中50％以上的金属腐蚀破坏是由大气腐蚀造成的，损失是十分惊人的。根据经验，如果采取适当的防护技术，25-40％的腐蚀损失可以避免，因此，开发高效的腐蚀防护方法迫在眉睫。在大气环境中降雨、降雾等因素会导致金属表面形成水滴/水膜。之后，空气中的盐分容易进入金属表面的薄液膜，进而通过液膜与金属基体作用，加速腐蚀过程。因此，材料表面水滴/水膜的存在是金属大气腐蚀发生的根本原因。
目前用于海洋大气腐蚀防护的方法很多，包括涂层、表面转化膜等。这些方法都是基于构建致密的表面膜，以阻止液滴向基体的渗入，进而起到防止腐蚀发生的思路而提出的。申请人认为通过改变材料表面性质以阻止液滴在材料表面的附着，进而降低腐蚀发生的概率是解决大气腐蚀的一个新思路。
猪笼草是一种生长在热带环境的“食虫”草，它的囊表面十分光滑，停落在其表面的昆虫很容易滑落进入囊中，经酸液发酵消化，成为猪笼草的养分。受到猪笼草表面超滑特性的启发，本发明利用人工仿猪笼草超滑表面降低水滴在其表面的存在概率与时间，降低腐蚀发生的概率。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用人工仿猪笼草超滑表面防止金属大气腐蚀的方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种利用人工仿猪笼草超滑表面防止金属大气腐蚀的方法，首先采用电化学氧化的方式在金属铝表面制备氧化铝膜，并用具有低表面能物质进行修饰，最后将润滑油覆盖在表面，进而获得人工仿猪笼草超滑表面；利用人工仿猪笼草超滑表面对水滴表现出的低摩擦阻力，降低水滴在其表面滞留的时间与概率，实现对金属的大气腐蚀防护。
具体包括：
(1)金属铝的表面清洗：依次用丙酮、去离子水清洗金属铝表面，氮气吹干待用；
(2)金属铝表面的抛光：以铝为阳极、不锈钢为阴极，在2℃的体积比为1:5的高氯酸与乙醇溶液中进行铝的电化学抛光，抛光电压为20V直流电压，抛光时间为1分钟；
(3)粗糙的微观结构膜的制备：以抛光后的铝为阳极，不锈钢电极为阴极，0.3M乙二酸的水溶液为电解液，采用阳极氧化方式在金属表面制备粗糙氧化铝膜，同时两极间施加80V直流电压，氧化时间为1分钟，温度为室温；
(4)表面修饰：将上述表面附有粗糙膜的试样浸泡在含0.1-2％(体积百分比)的十六烷基三甲氧基硅烷的乙醇溶液中浸泡5分钟，取出后在120℃环境中处理5分钟；
(5)液体膜的覆盖：将全氟聚醚滴加至粗糙结构表面，直至表面全部被全氟聚醚液膜覆盖，并将试样倾斜20°放置2小时，获得人工仿猪笼草超滑表面。
所述步骤(5)中，全氟聚醚为含-(CF2)n-的常温不挥发液体。
所述步骤(5)进一步的说，将含-(CF2)n-的常温不挥发液体滴加至粗糙结构表面在基体微观结构的毛细作用下，全氟聚醚可以稳定存在于粗糙结构表面，进而形成一层连续的光滑的液体膜。
其中,由于水滴与获得的人工仿猪笼草超滑表面的摩擦阻力很小，可以很容易在表面移动，因此，人工仿猪笼草超滑表面可通过降低水滴在其表面滞留的概率与时间，进而起到防止金属大气腐蚀的作用。
本发明所具有的优点：
通过本发明的方式制备所得人工仿猪笼草超滑表面，可以通过阻止雨水沉降、盐粒潮解等方式导致的水滴在材料表面的存在，进而抑制金属的腐蚀。本发明制备方法操作简单易行，制备费用低廉，不需要昂贵的设备，所用试剂无环境危害。
附图说明
图1为水滴在本发明实施例提供的倾斜的人工仿猪笼草超滑表面上的滑移过程图。
图2为NaCl颗粒在本发明实施例提供的倾斜的人工仿猪笼草超滑表面的潮解及滑移的过程图(RH＝90％)。
具体实施方式
实施例1
(1)金属铝的表面清洗：依次用丙酮、去离子水清洗金属铝表面，氮气吹干待用；
(2)金属铝表面的电化学抛光：以铝为阳极、不锈钢为阴极，在5℃的体积比为1:5的高氯酸/乙醇溶液中进行铝的电化学抛光，抛光电压为18V直流电压，抛光时间为3分钟；
(3)粗糙的微观结构膜的制备：以抛光后的铝为阳极，不锈钢电极为阴极，0.3M乙二酸的水溶液为电解液，采用阳极氧化方式在金属表面制备粗糙氧化铝膜，同时两极间施加80V直流电压，氧化时间为1分钟，温度为室温；
(4)表面修饰：将上述表面附有粗糙膜的试样浸泡在体积比为1％的十六烷基三甲氧基硅烷/乙醇溶液中浸泡5分钟，取出后在120℃环境中处理5分钟；
(5)液体膜的覆盖：将全氟聚醚滴加至粗糙结构表面，直至表面全部被全氟聚醚液膜覆盖，并将试样倾斜20°放置2小时。其中，全氟聚醚为含-(CF2)n-的常温不挥发液体。
(6)在毛细作用下，全氟聚醚可以稳定地存在于金属表面，进而形成一层稳定的、连续的光滑液膜，即仿猪笼草超滑表面。在倾斜角～10°的仿猪笼草超滑表面，水滴可在其表面移动并从表面滑落(图1)，进而阻止因降雨等原因造成的水滴在其表面的滞留，阻止金属的大气腐蚀。
(7)将NaCl颗粒置于倾斜的仿猪笼草超滑表面，在相对湿度为90％的环境中，NaCl颗粒开始潮解并在表面移动，最终从表面移除(图2)，证明仿猪笼草超滑表面可以阻止因盐分潮解等原因造成的水滴在表面的滞留，降低金属的大气腐蚀发生的概率。
本实施例证实一种利用微观结构构筑-润滑油注入两步法在铝表面制备人工仿猪笼草超滑表面，水滴与超滑表面间摩擦阻力很小，很容易从表面移除。因此该表面可阻止水滴在其表面的滞留，降低表面润湿时间，可有效抑制因降雨、盐分潮解等原因导致的金属大气腐蚀。

Claims (5)

1.一种利用人工仿猪笼草超滑表面防止金属大气腐蚀的方法，其特征在于：
首先采用电化学氧化的方式在金属铝表面制备氧化铝膜，并用具有低表面能物质进行修饰，最后将润滑油覆盖在表面，进而获得人工仿猪笼草超滑表面，降低水滴在表面的滞留时间与概率，实现对金属的大气腐蚀防护。
2.按权利要求1所述的一种利用人工仿猪笼草超滑表面防止金属大气腐蚀的方法，其特征在于：
具体包括：
(1)金属铝的表面清洗：依次用丙酮、去离子水清洗金属铝表面，氮气吹干待用；
(2)金属铝表面的抛光：以铝为阳极、不锈钢为阴极，在2℃的体积比为1:5的高氯酸与乙醇溶液中进行铝的电化学抛光，抛光电压为20V直流电压，抛光时间为1分钟；
(3)粗糙的微观结构膜的制备：以抛光后的铝为阳极，不锈钢电极为阴极，0.3M乙二酸的水溶液为电解液，采用阳极氧化方式在金属表面制备粗糙氧化铝膜，同时两极间施加80V直流电压，氧化时间为1分钟，温度为室温；
(4)表面修饰：将上述表面附有粗糙膜的试样浸泡在含0.1-2％(体积百分比)的十六烷基三甲氧基硅烷的乙醇溶液中浸泡5分钟，取出后在120℃环境中处理5分钟；
(5)液体膜的覆盖：将全氟聚醚滴加至粗糙结构表面，直至表面全部被全氟聚醚液膜覆盖，并将试样倾斜20°放置2小时，移除表面多余的全氟聚醚，最终获得稳定的人工仿猪笼草超滑表面。
3.按权利要求2所述的一种利用人工仿猪笼草超滑表面防止大气对金属腐蚀的方法，其特征在于：所述步骤(5)中，全氟聚醚为含-(CF2)n-的常温不挥发液体。
4.按权利要求3所述的一种利用人工仿猪笼草超滑表面防止金属大气腐蚀的方法，其特征在于：将含-(CF2)n-的常温不挥发液体滴加至粗糙结构表面在基体微观结构的毛细作用下，全氟聚醚可以稳定存在于粗糙结构表面，进而形成一层连续的光滑的液体膜。
5.按权利要求4所述的一种利用人工仿猪笼草超滑表面防止金属大气腐蚀的方法，其特征在于：所获得的连续的光滑的液体膜对水滴表现出极其的摩擦阻力，可以阻止水滴在其表面滞留，进而降低水滴在其表面的润湿时间，起到防止大气腐蚀的作用。
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