CN104532337A - 一种电腐蚀法快速大面积制备铁基超疏水表面的方法 - Google Patents

Abstract

一种电腐蚀法快速大面积制备铁基超疏水表面的方法，属于制备铁基超疏水表面的方法。该制备超疏水表面的方法：1.表面微纳粗糙结构的构建：将Q345碳钢基体分别用200、600、1000目的砂纸打磨，清洗后烘干；配制电腐蚀的电净液和Ⅱ号活化液；2.表面修饰：电腐蚀工艺在碳钢表面制备出微纳米双重粗糙结构，然后对其进行低表面能修饰以达到超疏水性能；将电腐蚀后经清洗的试样放入配制的硬脂酸乙醇溶液中，在60℃下浸泡60分钟，取出在80℃的烘箱中烘干1小时；硬脂酸乙醇溶液为0.02mol/L；优点：设备简单易携带，体积小，重量轻，价格低，用于野外施工；实现超疏水表面的大面积、快速制备；腐蚀表面为微纳米双重粗糙结构，接触角151.5±0.9°，滚动角小于2°，疏水效果良好。

Description

一种电腐蚀法快速大面积制备铁基超疏水表面的方法

技术领域

本发明涉及一种制备铁基超疏水表面的方法，特别是一种电腐蚀法快速大面积制备铁基超疏水表面的方法。

背景技术

超疏水表面具有高承载力、耐腐蚀、自清洁、减阻、抗结冰结霜等性能，因此其在军事、通讯、生物医学等众多领域都有着广泛的应用前景。超疏水表面的制备和应用研究一直以来都是科学家的研究热点，由固体浸润性的基本理论我们知道，影响固体材料浸润性主要有以下两方面因素：表面自由能和表面粗糙度，因此在制备超疏水表面时也主要是从这两点出发。对于固体光滑表面，即使它具有最低的表面能(为6.7×10^-3J/m²)，它与水的接触角也只能达到120°左右。与构筑二元微纳米粗糙结构相比，用低表面能的材料修饰的技术相对比较简单和成熟，因此如何构建微纳米粗糙结构成为人工制备超疏水表面的关键，也是表面科学领域的重要研究课题之一。

目前已有许多在金属表面制备超疏水表面的方法，如溶液浸泡法、电化学沉积法、化学腐蚀法、阳极氧化法、化学沉积法等。但是现有的技术还存在许多不足，如表面机械强度不高，工艺过程比较复杂，表面耐磨性持久性不足，对设备的要求比较高，难以实现大范围的制备等。因此目前超疏水表面仍旧处于基础性研究阶段，其规模化的实际应用受到限制。

无槽电腐蚀技术相对于化学槽镀腐蚀，腐蚀速度大大提升，而且其设备轻便、工艺灵活，具有高效、可大面积制备、易于野外施工等特点，本发明采用无槽电腐蚀技术，成功制备了铁基超疏水表面，对超疏水表面快速高效、大面积制备及其应用有重要意义。

发明内容

本发明的目的是要提供一种电腐蚀法快速大面积制备铁基超疏水表面的方法，解决目前超疏水表面制备过程中存在的工艺过程复杂，生产效率低，生产成本高，野外施工困难，难以实现大面积制备，超疏水表面耐用性不足的问题。

本发明的目的是这样实现的：该制备超疏水表面的方法步骤：

(1)表面微纳粗糙结构的构建：

将Q345碳钢基体分别用200、600、1000目的砂纸打磨，清洗后烘干；

配制电腐蚀所需的电净液和Ⅱ号活化液；

表1电净液成分

表2ⅱ号活化液成分

按照电净-去离子水冲洗-活化-去离子水冲洗的顺序在碳钢基体上腐蚀出微纳米双重粗糙结构；电腐蚀工艺参数：

表3电腐蚀工艺参数

(2)表面修饰：

电腐蚀工艺在碳钢表面制备出微纳米双重粗糙结构，然后对其进行低表面能修饰以达到超疏水性能；将电腐蚀后经清洗的试样放入配制的硬脂酸乙醇溶液中，在60℃下浸泡60分钟，取出在80℃的烘箱中烘干1小时；所述的硬脂酸乙醇溶液为0.02mol/L。

当腐蚀电压为10V，腐蚀速度为4m/min，腐蚀时间为30s时为最佳工艺参数，经修饰后表面接触角可达到151.5±0.9°，滚动角小于2°；超疏水层可进一步进行发黑处理，提高其抗腐蚀性。

有益效果，由于采用了上述方案，针对目前超疏水表面制备过程中存在的工艺过程复杂，生产效率低，生产成本高，野外施工困难，难以实现大面积制备，超疏水表面耐用性不足的缺陷，利用可快速大面积制备超疏水表面的电腐蚀工艺，直接在钢铁基体表面上制备了超疏水层。1、利用电刷镀设备进行电腐蚀，可以在铁基体上快速、大面积制备超疏水表面，成本低，易于携带，可在野外施工。仅需30s就构建了超疏水表面所需要的粗糙结构。2、最佳电腐蚀工艺参数：工作电压为10V，腐蚀速度为4m/min，腐蚀时间30s为最佳工艺参数，表面的接触角最大，特别是滚动角小于2°。解决了目前超疏水表面制备过程中存在的工艺过程复杂，生产效率低，生产成本高，野外施工困难，难以实现大面积制备，超疏水表面耐用性不足的问题，达到了本发明的目的。

本发明具有以下优点：

1、设备简单易携带，设备仅为一台刷镀电源，体积小，重量轻，价格低，可用于野外施工；

2、可实现超疏水表面的大面积、快速制备，为超疏水表面的工业化应用提供了可行性；

3、腐蚀表面为微纳米双重粗糙结构，接触角可达151.5±0.9°，滚动角小于2°，疏水效果良好。

4、超疏水层与基体碳钢为同一体，不存在其他超疏水表面与基体的结合力问题，耐用性好。

5、超疏水层可进一步进行发黑处理，提高其抗腐蚀性。

附图说明：

图1是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

该制备超疏水表面的方法步骤：

1、表面微纳粗糙结构的构建：

将Q345碳钢基体分别用200、600、1000目的砂纸打磨，清洗后烘干；

配制电腐蚀所需的电净液和Ⅱ号活化液；

表1电净液成分

表2ⅱ号活化液成分

按照电净-去离子水冲洗-活化-去离子水冲洗的顺序在碳钢基体上腐蚀出微纳米双重粗糙结构；电腐蚀工艺参数：

表3电腐蚀工艺参数

2、表面修饰：

电腐蚀工艺在碳钢表面制备出微纳米双重粗糙结构，然后对其进行低表面能修饰以达到超疏水性能；将电腐蚀后经清洗的试样放入配制的硬脂酸乙醇溶液中，在60℃下浸泡60分钟，取出在80℃的烘箱中烘干1小时；所述的硬脂酸乙醇溶液为0.02mol/L。

当腐蚀电压为10V，腐蚀速度为4m/min，腐蚀时间为30s时为最佳工艺参数，经修饰后表面接触角可达到151.5±0.9°，滚动角小于2°；超疏水层可进一步进行发黑处理，提高其抗腐蚀性。

3、测试结果：

结果表明采用合适的电腐蚀工艺条件在碳钢基体上腐蚀出微纳粗糙结构可以制备出超疏水表面。

具有：

1、日常生活中可用于某些地区电塔防止冻雨的表面保护。在我国西南地区的电塔常因为冬雨的影响而出现压垮破坏的现象，采用本发明处理电塔表面后，可降低或避免冻雨在电塔表面的集结。

2、工业上可用于舰艇表面的处理，减少阻力。

3、发黑处理的超疏水层可用于室外设备、装备如枪炮的自清洁。

4、可用于沙漠集水。

Claims (2)

1.一种电腐蚀法快速大面积制备铁基超疏水表面的方法，其特征是：该制备超疏水表面的方法步骤：

(1)表面微纳粗糙结构的构建：

将Q345碳钢基体分别用200、600、1000目的砂纸打磨，清洗后烘干；

配制电腐蚀所需的电净液和Ⅱ号活化液；

表1 电净液成分

表2 ⅱ号活化液成分

按照电净-去离子水冲洗-活化-去离子水冲洗的顺序在碳钢基体上腐蚀出微纳米双重粗糙结构；电腐蚀工艺参数：

表3 电腐蚀工艺参数

(2)表面修饰：

电腐蚀工艺在碳钢表面制备出微纳米双重粗糙结构，然后对其进行低表面能修饰以达到超疏水性能；将电腐蚀后经清洗的试样放入配制的硬脂酸乙醇溶液中，在60℃下浸泡60分钟，取出在80℃的烘箱中烘干1小时；所述的硬脂酸乙醇溶液为0.02mol/L。

2.根据权利要求1所述的一种电腐蚀法快速大面积制备铁基超疏水表面的方法，其特征是：当腐蚀电压为10V，腐蚀速度为4m/min，腐蚀时间为30s时为最佳工艺参数，经修饰后表面接触角可达到151.5±0.9°，滚动角小于2°；超疏水层可进一步进行发黑处理，提高其抗腐蚀性。