CN107649352A - 一种大尺寸超疏水极端润湿性铝合金材料的快速制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大尺寸超疏水极端润湿性铝合金材料的快速制作方法，包括步骤：1)、铝合金材料前处理；2)、铝合金材料刻蚀处理；3)、铝合金材料疏水化处理。本发明通过对铝合金材料的前处理，刻蚀处理和疏水化处理三个简单的步骤，可快速获取超疏水铝合金材料，制备的超疏水铝合金材料接触角高达155°～165°，滚动角小于10°。该制备工艺操作简单、设备依赖性低、不需要昂贵的设备、不受基材形状影响，可以广泛应用于大规模工业化生产。通过该方法，可获取高性能超疏水铝合金材料，并大大降低超疏水铝合金材料的制作成本。

Description

一种大尺寸超疏水极端润湿性铝合金材料的快速制作方法

技术领域

本发明涉及超疏水材料制作技术领域，特别涉及一种大尺寸超疏水极端润湿性铝合金材料的制作方法。

背景技术

铝合金材料作为一种常规的工程金属，在军事、通讯、交通，能源等行业具有重要的应用价值。超疏水表面是指与水的接触角大于150°，滚动角小于10°的表面,在铝合金材料上构筑这种超疏水功能表面,可广泛应用于自清洁，防覆冰，油水分离，防腐蚀，减阻增输等科研和工业领域。但由于铝合金材料为亲水材料,因此,需通过在表面构建合适的微观结构来增强其亲液性，进而在微观结构获得的基础上通过低表面能材料修饰来降低表面能,进而获得超疏水性。然而,迄今人们对铝合金超疏水极端润湿性表面制备方法的研究还处于探索阶段,且现有制备方法在安全、环保、效率等方面还存在诸多问题,亟需研制适合产业化的工程金属材料表面微观结构及极端润湿性表面的制备方法。

目前，微纳米特种加工技术常被用于构造工程金属材料极端润湿性表面所需的特殊微观结构，根据加工原理的不同,可分为激光刻蚀法、机械切割法、电化学溶解法、电化学沉积法、阳极氧化法、电化学沉积法、化学沉积法、热氧化法等。但现有方法均或多或少地存在一些问题，如机械切割技术目前尚未成熟；激光刻蚀设备昂贵；电化学溶解法在制备金属材料极端润湿性表面时大量使用强酸、强碱，对操作人员和环境均有较大危害；电化学沉积法使用的电镀液中添加的化学试剂较多,提高了生产成本；阳极氧化法大多釆用强酸为电解液且效率低下,加工时间长达几个小时；化学沉积法主要是在金属材料表面置换沉积出大量的金、银等贵金属,生产成本高；高温氧化法处理金属表面时所需时间较长,生产效率低,能耗大。

综上所述，现有的超疏水铝合金材料制备方法存在如：制作成本高昂，制作过程复杂，工艺参数可控程度低，制备时间长，对环境污染大等缺点，因此不适用于大面积、大规模超疏水表面的制备。并且获取的超疏水材料疏水性低，耐久性较差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种大尺寸超疏水极端润湿性铝合金材料的快速制作方法，以避免现有制备方法中大量使用贵金属和强酸，制备成本高、危险性高等缺点。

本发明大尺寸超疏水极端润湿性铝合金材料的快速制作方法，包括以下步骤：

1)、铝合金材料前处理：将铝合金材料经800#、1000#、2000#砂纸依次打磨，去除表面污染物和氧化膜后，立刻投入无水乙醇中进行超声清洗5～10分钟，然后投入蒸馏水进行超声清洗5～10分钟；最后在烘干箱中烘干并在阴凉处保存；

2)、铝合金材料刻蚀处理：将经过步骤1)处理的铝合金材料，投入由浓度为0.15～0.20g/mL的三氯化铁溶液和浓度为0.025～0.035g/mL的盐酸组成的混合水溶液中，在20～60℃水浴条件下进行刻蚀反应10～30分钟后取出，随后在蒸馏水中进行超声清洗1～5分钟，并在在相对湿度为60％的室温大气条件下进行干燥；

3)、铝合金材料疏水化处理：将经步骤2)处理的铝合金材料，投入0.21mol/L的硬脂酸乙醇溶液中，在室温条件下浸泡30分钟后取出，并立刻在100℃条件下烘干30分钟。

本发明的有益效果：

本发明大尺寸超疏水极端润湿性铝合金材料的快速制作方法，通过对铝合金材料的前处理，刻蚀处理和疏水化处理三个简单的步骤，可快速获取超疏水铝合金材料，制备的超疏水铝合金材料接触角高达155°～165°，滚动角小于10°。本发明釆用含Fe³⁺和Cl^-溶液快速在铝合金材料表面构建和调控微观结构基底，并通过低成本硬脂酸制备极端润湿性表面，制作过程中避免了大量使用贵金属和强酸、强碱，降低了制备的成本和危险性。且该制作方法操作简单、设备依赖性低、不需要昂贵的设备、不受基材形状影响，可以广泛应用于大规模工业化生产。通过该方法，可获取高性能超疏水铝合金材料，并大大降低超疏水铝合金材料的制作成本。

附图说明

图1是实施例中获得的超疏水铝合金表面与水的接触角测试图。

图2是实施例中获得的超疏水铝合金表面的场发射扫描电镜图。

图3是实施例中获得的超疏水铝合金表面的原子力显微镜扫描图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

如图所示，本实施例大尺寸超疏水极端润湿性铝合金材料的快速制作方法，包括以下步骤：

1)、铝合金材料前处理：将铝合金材料经800#、1000#、2000#砂纸依次打磨，去除表面污染物和氧化膜后，立刻投入无水乙醇中进行超声清洗5分钟，然后投入蒸馏水进行超声清洗5分钟；最后在烘干箱中烘干并在阴凉处保存。当然在具体实施中，本步骤中超声清洗的时间可根据清洗效果进行调整，一般清洗时间可设置在5～10分钟。

2)、铝合金材料刻蚀处理：将经过步骤1)处理的铝合金材料，投入由浓度为0.156g/mL的三氯化铁溶液和浓度为0.033g/mL的盐酸组成的混合水溶液中，在40℃水浴条件下进行刻蚀反应10分钟后取出，随后在蒸馏水中进行超声清洗5分钟，并在在相对湿度为60％的室温大气条件下进行干燥。

当然在具体实施中，还可采用浓度在0.15～0.20g/mL范围内的其它浓度的三氯化铁溶液，与浓度范围在0.025～0.035g/mL范围内的其它浓度的盐酸组成混合水溶液，对铝合金材料刻进行刻蚀处理。

3)、铝合金材料疏水化处理：将经步骤2)处理的铝合金材料，投入0.21mol/L的硬脂酸乙醇溶液中，在室温条件下浸泡30分钟后取出，并立刻在100℃条件下烘干30分钟。

本实施例大尺寸超疏水极端润湿性铝合金材料的快速制作方法，通过对铝合金材料的前处理，刻蚀处理和疏水化处理三个简单的步骤，釆用含Fe³⁺和Cl^-溶液快速在铝合金材料表面构建和调控微观结构基底，并通过低成本硬脂酸制备极端润湿性表面，可快速获取超疏水铝合金材料，制备的超疏水铝合金材料接触角高达155°～165°，滚动角小于10°。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种大尺寸超疏水极端润湿性铝合金材料的快速制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、铝合金材料前处理：将铝合金材料经800#、1000#、2000#砂纸依次打磨，去除表面污染物和氧化膜后，立刻投入无水乙醇中进行超声清洗5～10分钟，然后投入蒸馏水进行超声清洗5～10分钟；最后在烘干箱中烘干并在阴凉处保存；

2)、铝合金材料刻蚀处理：将经过步骤1)处理的铝合金材料，投入由浓度为0.15～0.20g/mL的三氯化铁溶液和浓度为0.025～0.035g/mL的盐酸组成的混合水溶液中，在20～60℃水浴条件下进行刻蚀反应10～30分钟后取出，随后在蒸馏水中进行超声清洗1～5分钟，并在在相对湿度为60％的室温大气条件下进行干燥；

3)、铝合金材料疏水化处理：将经步骤2)处理的铝合金材料，投入0.21mol/L的硬脂酸乙醇溶液中，在室温条件下浸泡30分钟后取出，并立刻在100℃条件下烘干30分钟。