CN107142467A - 一种超润滑铝表面的制备方法 - Google Patents

一种超润滑铝表面的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107142467A
CN107142467A CN201710277396.8A CN201710277396A CN107142467A CN 107142467 A CN107142467 A CN 107142467A CN 201710277396 A CN201710277396 A CN 201710277396A CN 107142467 A CN107142467 A CN 107142467A
Authority
CN
China
Prior art keywords
aluminium
preparation
super
super lubrication
lubricating oil
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710277396.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107142467B (zh
Inventor
邓瑞
项金钟
胡永茂
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yunnan University YNU
Original Assignee
Yunnan University YNU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yunnan University YNU filed Critical Yunnan University YNU
Priority to CN201710277396.8A priority Critical patent/CN107142467B/zh
Publication of CN107142467A publication Critical patent/CN107142467A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107142467B publication Critical patent/CN107142467B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/02—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition
    • C23C18/12—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of inorganic material other than metallic material
    • C23C18/1204—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of inorganic material other than metallic material inorganic material, e.g. non-oxide and non-metallic such as sulfides, nitrides based compounds
    • C23C18/122—Inorganic polymers, e.g. silanes, polysilazanes, polysiloxanes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/02—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition
    • C23C18/04—Pretreatment of the material to be coated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/02—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition
    • C23C18/12—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of inorganic material other than metallic material
    • C23C18/125—Process of deposition of the inorganic material
    • C23C18/1295—Process of deposition of the inorganic material with after-treatment of the deposited inorganic material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F1/00—Etching metallic material by chemical means
    • C23F1/10—Etching compositions
    • C23F1/14—Aqueous compositions

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • ing And Chemical Polishing (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
  • Lubricants (AREA)

Abstract

本发明公开了一种简单实用的超润滑铝表面的制备方法，属于金属表面处理技术领域。本发明所述方法首先对铝片进行化学刻蚀，在其表面构造出粗糙结构，然后进行表面修饰，降低其表面能。最后在铝表面涂上润滑油便可得到疏液范围广的超润滑铝表面。该表面能够长期抵抗各种液体的污染，并具有抗结冰和防腐蚀效果。本发明所述的制备方法具有工艺简单、加工效率高、成本低和污染小的特点，易实现大规模制备，并且制备的超润滑表面具有强大的自修复效果，能够满足实际应用的要求。

Description

一种超润滑铝表面的制备方法
技术领域
本发明属于金属材料表面改性技术领域。
背景技术
铝是自然界中分布最多的金属元素，其产量和用量仅次于钢铁。相比于其他金属材料而言，铝具有储量大、比强度高、导电导热性好等优点，在建筑、包装、航空航天、汽车制造等领域得到广泛的应用。然而，铝表面在使用过程中容易发生表面污染、结冰结霜和表面腐蚀等问题，这严重限制了铝材料的使用性能和使用寿命。因此，对铝材料进行表面改性以提升其防污染、防腐蚀及抗结冰结霜能力对进一步提升铝的应用价值具有重要意义。
仿生超疏水和超疏油表面的研究自上世纪九十年代起一直受到人们的青睐。研究者们采用阳极氧化、化学刻蚀、机械加工和溶胶-凝胶等方法在各种金属基底上成功制备出具有自清洁、防腐蚀和抗结冰结霜特性的超疏水或超疏油表面。这类表面主要依靠微纳米复合结构捕获空气形成空气膜来实现疏液效果，由于空气膜的不稳定性和结构的脆弱性，该类表面普遍存在压力稳定性差、疏液范围有限以及机械耐磨性差的问题。而超润滑表面主要是靠不与液体互溶的润滑油来实现疏液的，较超疏水和超疏油表面而言，具有疏液范围广、压力稳定性好和自修复能力强的优势。在2011年，《Nature》上发表的一篇题为仿生自修复光滑表面与压力稳定性的文章首次提出仿猪笼草超润滑表面的制备，其制备的环氧树脂超润滑表面能够抵抗各种极性液体和非极性液体的粘附，显示出优秀的防污染、抗结冰和抗腐蚀特性。但该制备工艺的适用范围有限，不能推广到金属基底上。专利号为CN104451811 A的专利公开了一种在金属表面形成超润滑表面的方法。首先将预处理过的金属基材在酸电解液中进行阳极氧化，再将基材依次放入二甲基硅油、氟硅烷和全氟聚醚中浸泡一定时间。该工艺虽能制备出疏液性能好的超润滑表面，但存在加工效率低，污染大的劣势，难以实现大规模生产。专利CN 105237797 A提出了一种具有凹槽状基底超润滑表面的制备方法，其过程是通过水热法在凹槽状基底上生长四氧化三钴，再用全氟润滑液浸泡，即可得到超润滑表面。但该制备工艺对基底要求十分严格，仅适用于凹槽状基底，适用范围有限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简单实用的超润滑铝表面的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）预处理：采用800#、1200#和1500#的金相砂纸依次沿横向和纵向对铝片进行打磨，除去表面氧化层。打磨后用无水乙醇和去离子水各超声清洗5~10min；
（2）表面粗糙化：将干净的铝片放入浓度为0.5~1mol/L的氯化铜溶液中刻蚀0.5~4min。刻蚀后超声清洗10~20 min，烘干；
（3）表面修饰：将烘干后的铝片放入质量分数不低于1%的1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中浸泡1~3 h，然后将铝片取出烘干；
（4）润滑油涂覆：将全氟聚醚润滑油均匀涂覆到铝片表面，自然风干。
本发明中，所述的预处理过程采用不同目数的金相砂纸依次沿纵向和横向打磨铝片。
本发明中，所述的表面粗糙化过程采用化学刻蚀法，刻蚀剂为非腐蚀性氯化铜溶液，浓度为0.5~1mol/L。
本发明中，所述的表面修饰过程采用的是1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷醇溶液，其质量分数不低于1%。
本发明中，所述的润滑油涂覆过程采用的润滑油是全氟聚醚，涂覆方式为浸涂。
本发明的有益效果：
（1）本发明所述方法不受基材形状和尺寸的限制、加工效率高，易实现大规模生产。本发明所述方法无需使用任何腐蚀性溶液，清洁环保，符合可持续发展战略要求。（2）本发明所述方法制备的超润滑表面具有疏液性能好、疏液范围广、使用寿命长的优点。该表面对水滴的最小滑动角（SA）为4°，最大接触角（CA）为110°，对无水乙醇、原油等液体均表现出优秀的疏液性能，制备的超润滑铝表面使用寿命长达两个月以上。（3）本发明所述方法制备的超润滑铝表面具有强大的自修复作用和压力稳定性，弥补了超疏水和超疏油表面的不足之处。（4）本发明所述制备方法可推广到镁、钛及其合金基材上，适用范围广。
附图说明
图1为实施例1中打磨后的铝表面扫描电镜照片。
图2为实施例1刻蚀后的铝表面扫描电镜照片。
图3为实施例2经氟硅烷修饰后的铝表面X射线光电子能谱表征结果。
图4为实施例2去离子水在超润滑铝表面的接触角示意图。
图5为实施例3去离子水在超润滑铝表面上的滑动示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
本实施例提供一种超润滑铝表面的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）预处理：采用800#、1200#和1500#的金相砂纸依次沿横向和纵向对铝片进行打磨，然后用无水乙醇和去离子水各超声清洗8min；
（2）表面粗糙化：将铝片放入浓度为0.6mol/L氯化铜溶液中刻蚀3min，刻蚀后用去离子水超声清洗15min，然后烘干；
（3）表面修饰：将铝片放入质量分数为1.5%的1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中浸泡1h，取出，烘干；
（4）润滑油涂覆：将干燥后的铝片浸入全氟聚醚润滑油中10s，取出后自然风干即可得到超润滑铝表面，对水滴的平均滑动角为7.6°。
实施例2
本实施例提供一种超润滑铝表面的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）预处理：采用800#、1200#和1500#的金相砂纸依次沿横向和纵向对铝片进行打磨，然后用无水乙醇和去离子水各超声清洗10min；
（2）表面粗糙化：将铝片放入浓度为0.8mol/L氯化铜溶液中刻蚀1min，刻蚀后用去离子水超声清洗10min，然后烘干；
（3）表面修饰：将铝片放入质量分数为1.5%的1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中浸泡1.5h，取出，烘干；
（4）润滑油涂覆：将干燥后的铝片浸入全氟聚醚润滑油中10s，取出后自然风干即可得到超润滑铝表面，对水滴的平均滑动角为6.2°。
实施例3
本实施例提供一种超润滑铝表面的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）预处理：采用800#、1200#和1500#的金相砂纸依次沿横向和纵向对铝片进行打磨，然后用无水乙醇和去离子水各超声清洗5min；
（2）表面粗糙化：将铝片放入浓度为1mol/L氯化铜溶液中刻蚀40s，刻蚀后用去离子水超声清洗10min，然后烘干；
（3）表面修饰：将铝片放入质量分数为1%的1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中浸泡2h，取出，烘干；
（4）润滑油涂覆：将干燥后的铝片浸入全氟聚醚润滑油中10s，取出后自然风干即可得到超润滑铝表面，对水滴的平均滑动角为4.0°。

Claims (5)

1.一种超润滑铝表面的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
（1）预处理：采用800#、1200#和1500#的金相砂纸依次沿横向和纵向对铝片进行打磨，除去表面氧化层，再用无水乙醇和去离子水各超声清洗5~10min；
（2）表面粗糙化：将干净的铝片放入浓度为0.5~1mol/L的氯化铜溶液中刻蚀0.5~4min，刻蚀后超声清洗10~20 min，烘干；
（3）表面修饰：将烘干后的铝片放入质量分数不低于1%的1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中浸泡1~3 h，然后取出烘干；
（4）润滑油涂覆：将全氟聚醚润滑油均匀涂覆到铝片表面，自然风干。
2.根据权利要求1所述的超润滑铝表面的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的预处理过程采用不同目数的金相砂纸依次沿横向和纵向打磨铝片。
3.根据权利要求1所述的超润滑铝表面的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述表面粗糙化过程采用的方法是化学刻蚀法，刻蚀剂为非腐蚀性的氯化铜溶液，其浓度为0.5~1mol/L，刻蚀时间为0.5~4min。
4.根据权利要求1所述的超润滑铝表面的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述表面修饰过程采用的修饰剂为1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷，质量分数不低于1%，修饰时间为1~3 h。
5.根据权利要求1所述的超润滑铝表面的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述润滑油涂覆过程采用的润滑油是全氟聚醚，涂覆方式为浸涂。
CN201710277396.8A 2017-04-25 2017-04-25 一种超润滑铝表面的制备方法 Expired - Fee Related CN107142467B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710277396.8A CN107142467B (zh) 2017-04-25 2017-04-25 一种超润滑铝表面的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710277396.8A CN107142467B (zh) 2017-04-25 2017-04-25 一种超润滑铝表面的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107142467A true CN107142467A (zh) 2017-09-08
CN107142467B CN107142467B (zh) 2019-11-12

Family

ID=59774328

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710277396.8A Expired - Fee Related CN107142467B (zh) 2017-04-25 2017-04-25 一种超润滑铝表面的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107142467B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108950641A (zh) * 2018-06-25 2018-12-07 北京科技大学 一种液态涂层及其制备方法和装置
CN111945141A (zh) * 2020-08-13 2020-11-17 湖北大学 一种基于中空氧化锌纳米结构的多功能超滑表面的制备方法
CN113819341A (zh) * 2021-09-14 2021-12-21 西安交通大学 一种抗蚀超滑毛细铝管及其制备方法和装置
CN114031798A (zh) * 2021-11-22 2022-02-11 南方科技大学 一种纳米网状疏液膜及其制备装置和制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104451811A (zh) * 2014-11-20 2015-03-25 哈尔滨工程大学 一种在金属表面形成超润滑表面的方法
CN105689236A (zh) * 2016-02-02 2016-06-22 浙江大学 一种具有微纳复合结构的铝表面超疏水涂层的制备方法
CN106381492A (zh) * 2016-09-13 2017-02-08 昆明理工大学 一种超双疏铝表面的制备方法
CN106399986A (zh) * 2016-12-02 2017-02-15 江苏理工学院 一种具有自清洁功能的超疏水铝表面的制备方法
CN106521504A (zh) * 2016-12-02 2017-03-22 江苏理工学院 一种高疏水低粘附铝表面的制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104451811A (zh) * 2014-11-20 2015-03-25 哈尔滨工程大学 一种在金属表面形成超润滑表面的方法
CN105689236A (zh) * 2016-02-02 2016-06-22 浙江大学 一种具有微纳复合结构的铝表面超疏水涂层的制备方法
CN106381492A (zh) * 2016-09-13 2017-02-08 昆明理工大学 一种超双疏铝表面的制备方法
CN106399986A (zh) * 2016-12-02 2017-02-15 江苏理工学院 一种具有自清洁功能的超疏水铝表面的制备方法
CN106521504A (zh) * 2016-12-02 2017-03-22 江苏理工学院 一种高疏水低粘附铝表面的制备方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108950641A (zh) * 2018-06-25 2018-12-07 北京科技大学 一种液态涂层及其制备方法和装置
CN111945141A (zh) * 2020-08-13 2020-11-17 湖北大学 一种基于中空氧化锌纳米结构的多功能超滑表面的制备方法
CN113819341A (zh) * 2021-09-14 2021-12-21 西安交通大学 一种抗蚀超滑毛细铝管及其制备方法和装置
CN113819341B (zh) * 2021-09-14 2022-10-25 西安交通大学 一种抗蚀超滑毛细铝管及其制备方法和装置
CN114031798A (zh) * 2021-11-22 2022-02-11 南方科技大学 一种纳米网状疏液膜及其制备装置和制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107142467B (zh) 2019-11-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107142467A (zh) 一种超润滑铝表面的制备方法
CN100558472C (zh) 铝及铝合金超疏水表面的制作方法
CN105256342B (zh) 一种基于铜的超疏水表面及其制备方法
CN107321583B (zh) 微纳米分级结构超疏水表面的原位构建方法及应用
CN102632031A (zh) 一种超疏水表面的制备方法
CN105463461A (zh) 一种三维网状超疏水表面的制备方法
CN106567122A (zh) 一种钛及钛合金的电化学抛光电解液及其抛光方法
CN104250813B (zh) 一种镁合金超疏水自清洁耐腐蚀表面的制备方法
CN113976409A (zh) 一种自愈合超疏水镁合金防腐涂层制备方法
CN103966643A (zh) 一种低粗糙度的钛合金超疏水表面的制备方法
CN101942689A (zh) 一种镁合金微弧氧化处理方法
CN102677058A (zh) 含铜离子和氯离子的盐溶液刻蚀制备超疏水铝表面的方法
CN105568330B (zh) 一种钢基防垢表面层的制备方法
CN107058996A (zh) 一种不锈钢表面钝化处理方法
CN106381492A (zh) 一种超双疏铝表面的制备方法
CN104264196A (zh) 镁合金表面一步法制备超疏水膜层的方法及其合金和应用
CN102051612A (zh) 一种制备轻金属表面超疏水润滑涂层的方法
CN110565148A (zh) 一种镁合金黑色微弧氧化膜纳米钝化剂及钝化的方法
CN109468648A (zh) 铝或铝合金防结霜表面的大规模制备方法
CN101934268B (zh) 一种镁合金表面超疏水耐腐蚀功能膜的制备方法
CN102615037A (zh) 在镁合金基体上制备超疏水绿色薄膜的方法
Afshar et al. The application of superhydrophobic coatings to brass alloy substrates: A review
CN101191227A (zh) 在钛合金上制备超疏水性表面的方法
CN109628978A (zh) 一种耐磨蚀超疏水表面的制备方法
CN105986300A (zh) 自行车车架涂装方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20191112

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee