CN105401185A - 一种铝合金耦合仿生自清洁表面及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种铝合金耦合仿生自清洁表面及其制备方法属于自清洁表面制备领域，该结构由下至上依次为：铝合金基底、刷镀层和沟槽；刷镀层的厚度为大于35μm；沟槽为在刷镀层上制作的，间距为100-105μm，深度为20-25μm的形状，表面接触角为120°-150°。该方法包括：将基体表面预磨处理并进行表面清洁；将基体刷镀加工；置于丙酮中超声波清洗和去离子水清洗；对基体表面进行烘干处理后，加热至200℃，保温两小时后冷却处理至室温；将基体表面激光微处理，构造微米级间距的沟槽形貌后，去离子水的超声波中清洗；将基体表面热处理至150℃保温两小时后冷却至室温处理。本发明具有的疏水性和表面低粘附、自清洁性可广泛应用于汽车制造、轮船、化工、航天领域的各种零部件表面。

Description

一种铝合金耦合仿生自清洁表面及其制备方法
技术领域
本发明属于自清洁表面制备领域，具体涉及一种铝合金耦合仿生自清洁表面及其制备方法。
背景技术
中国是制造业大国，中国铝合金型材工业已经跨越了以数量增长为特征的初级发展阶段，初步进入了以提高产品内在质量、丰富产品种类、依靠综合能力参与市场竞争的新阶段。但铝合金在使用过程中对雨水等潮湿环境的应对能力较差，对表面的清洁度没有保障，很大程度上影响它的使用寿命和外观质量。
为了解决这一系列问题，科研人员把目光投向自然界。他们发现自然界中有很多动植物具有超疏水性能，具有超疏水性能的动植物表面则具有一定的防腐、减磨减阻、防水、自清洁等性能，自然界中具有表面自清洁性的一些植物如芦苇表面所具有的特殊结构，科研人员根据芦苇表面的微观形貌仿生制造出具有一定功能的材料，但制备方法复杂、操作不便，化学修饰时还会产生一些环境污染。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种铝合金耦合仿生自清洁表面及其制备方法，该方法所制备的表面镀层，其粘附性低、疏水性好、自清洁性能突出。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
一种铝合金耦合仿生自清洁表面，该结构由下至上依次为：铝合金基底、刷镀层和沟槽；所述刷镀层的厚度为大于35μm；所述沟槽为在刷镀层上制作的，间距为100-105μm，深度为20-25μm的形状，表面接触角为120°-150°。
一种铝合金耦合仿生自清洁表面的其制备方法，该方法包括如下步骤：
步骤一：将基体表面预磨处理并进行表面清洁；
步骤二：将所述预磨处理的基体刷镀加工；
步骤三：将所述刷镀后的基体置于丙酮中超声波清洗和去离子水清洗；
步骤四：对所述清洗后的基体表面进行烘干处理后，加热基体表面至200℃，保温两小时后冷却处理至室温；
步骤五：将所述冷却后的基体表面激光耦合微处理，构造微米级间距的沟槽形貌后，进行去离子水的超声波中清洗；
步骤六：将所述清洗后的基体表面热处理至150℃保温两小时后冷却至室温处理。
本发明的有益效果是：本发明的铝合金耦合仿生自清洁表面的制备方法简单，操作简易，得到的铝合金涂层表面具有相对特殊的表面结构，具有的疏水性和表面低粘附、自清洁性可广泛应用于汽车制造、轮船、化工、航天等领域的各种零部件表面。和普通单一的电刷镀相比，具有以下优点：
1、表面的疏水性更好、低粘附和自清洁效果更明显。
2、表面结构是沟槽与乳突的相互结合。
3、可以对表面沟槽的深度进行参数控制，乳突的大小也可以适当调整，提高可控制性。
附图说明
图1本发明一种铝合金耦合仿生自清洁表面。
图2本发明铝合金耦合仿生自清洁表面的制备方法流程图。
图3为本发明铝合金耦合仿生自清洁表面的自清洁效果图。
图4为铝合金表面的接触角变化。
图中：1、铝合金基底，2、刷镀层和3、沟槽。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
一种铝合金耦合仿生自清洁表面，如图1所示，该结构由下至上依次为：铝合金基底、刷镀层和沟槽；所述刷镀层的厚度为大于35μm，加工电压为8-16V；所述沟槽为在刷镀层上通过激光打标机耦合制作的，间距为100-105μm，深度为20-25μm的形状，表面接触角为120°-150°，所述刷镀层为Ni，刷镀所使用镀液为特快镍，主要的成分为：NiSO4.6H2O(265g/L)、柠檬酸三铵(55g/L)、氨水(105g/L)和醋酸铵(23g/L)；其中镀液pH为7.5左右；刷镀电压选择8V直流电，镀笔与基体的相对速度控制在8-12m/min，刷镀温度控制在15℃-35℃，表面刷镀时间选取为10min。
如图2所示，一种铝合金耦合仿生自清洁表面的其制备方法，该方法包括如下步骤：
步骤一：将基体线切割成需要的尺寸，对基体表面进行600目、800目和1500目砂纸打磨，使表面相对光洁。
步骤二：将所述预磨处理的基体刷镀加工：刷镀所使用镀液为特快镍，主要的成分为：NiSO4.6H2O(265g/L)、柠檬酸三铵(55g/L)、氨水(105g/L)和醋酸铵(23g/L)；其中镀液pH为7.5左右；刷镀电压选择8V直流电，镀笔与基体的相对速度控制在8-12m/min，刷镀温度控制在15℃-35℃，表面刷镀时间选取为10min。
步骤三：将所述刷镀后的基体置于丙酮中超声波清洗，防止有杂质的残留，影响进一步加工，清洗时间一般为2min以上，之后用去离子水清洗。
步骤四：对所述清洗后的基体表面进行烘干处理，观察表面是否清洗干净，使用加热装置，如恒温炉等设备加热基体表面至200℃，停止加热，保温两小时后冷却处理至室温。
步骤五：将所述冷却后的基体表面激光微处理，构造微米级间距的沟槽形貌，沟槽间距为0.1mm，激光耦合加工的深度控制在5μm左右，进行去离子水的超声波中清洗2min。
步骤六：将所述清洗后的基体表面热处理至150℃保温两小时后冷却至室温处理。
实施例2
步骤一和步骤四到步骤六，以上步骤完全与实施例1中的对应步骤相同，不同之处在于，步骤二中，刷镀电压为10V直流电。
实施例3
步骤一和步骤四到步骤六，以上步骤完全与实施例1中的对应步骤相同，不同之处在于，步骤二中，刷镀电压为12V直流电。
实施例4
步骤一和步骤四到步骤六，以上步骤完全与实施例1中的对应步骤相同，不同之处在于，步骤二中，刷镀电压为14V直流电。
实施例5
步骤一和步骤四到步骤六，以上步骤完全与实施例1中的对应步骤相同，不同之处在于，步骤二中，刷镀电压为16V直流电。
如图3所示，当自清洁表面倾斜一定角度时，水珠从落满灰尘的样件表面滚过，并自动的把表面的灰尘带走，使表面光洁，使表面达到自清洁的效果。
图4为不同方式下的铝合金表面接触角，从图中可以发现，铝合金刷镀之后接触角明显增大。我们进一步采用耦合加工之后，表面的接触角增大到142°。所以表面的接触角与刷镀电压的大小有直接关系。

Claims (7)

1.一种铝合金耦合仿生自清洁表面的其制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤一：将基体表面预磨处理并进行表面清洁；
步骤二：将所述预磨处理的基体刷镀加工；
步骤三：将所述刷镀后的基体置于丙酮中超声波清洗和去离子水清洗；
步骤四：对所述清洗后的基体表面进行烘干处理后，加热基体表面至200℃，保温两小时后冷却处理至室温；
步骤五：将所述冷却后的基体表面激光微处理，构造微米级间距的沟槽形貌后，进行去离子水的超声波中清洗；
步骤六：将所述清洗后的基体表面热处理至150℃保温两小时后冷却至室温处理。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金耦合仿生自清洁表面的制备方法，其特征在于，所述步骤一的预处理，是将基体依次在600目、800目和1500目的砂纸上进行打磨。
3.根据权利要求1所述的一种铝合金耦合仿生自清洁表面的制备方法，其特征在于，所述步骤二中的刷镀中，使用镀液的成分为：NiSO4.6H2O：265g/L，柠檬酸三铵：55g/L，氨水：105g/L，醋酸铵：23g/L，镀液pH为7.5；刷镀电压为8-16V直流电，镀笔与工件的相对速度控制在8-12m/min，刷镀温度控制在15℃-35℃，表面刷镀时间选取为10min。
4.根据权利要求1所述的一种铝合金耦合仿生自清洁表面的制备方法，其特征在于，所述步骤三和步骤五中，超声波清洗时间为1-2min。
5.根据权利要求1所述的一种铝合金耦合仿生自清洁表面的制备方法，其特征在于，所述步骤五中，微米级间距的沟槽结构为，沟槽间距为0.1㎜，激光加工的深度控制在5μm。
6.一种铝合金耦合仿生自清洁表面，其特征在于，该结构由下至上依次为：铝合金基底、刷镀层和沟槽；所述刷镀层的厚度为大于35μm；所述沟槽为在刷镀层上制作的，间距为100-105μm，深度为20-25μm的形状，表面接触角为120°-150°。
7.根据权利要求1所述的一种铝合金耦合仿生自清洁表面，其特征在于，所述刷镀层为Ni。
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