CN108857273A - 一种7075铝合金超疏水表面制备工艺 - Google Patents

Abstract

一种7075铝合金超疏水表面制备工艺属于电沉积应用领域，解决了制备超疏水结构的问题，制备工艺包括如下步骤：采用金相砂纸打磨铝合金表面，使其光滑；采用金相试样抛光机对所述打磨后工件表面进行抛光处理，置于去离子水中超声波清洗；采用激光打标机对所述抛光后工件表面构筑坑状结构，置于去离子水中进行超声波清洗后并烘干；对所述激光处理后工件基体进行镍离子电沉积，置于去离子水中进行超声波清洗；工件的电沉积时间控制在4min左右；镀液成分为：NiSO₄.6H₂O、柠檬酸三铵、氨水、醋酸铵；把沉积后的表面放置在干燥箱进行热处理，温度为150℃，保温2小时并随炉冷却至室温。本发明表面的疏水性达到更好，激光电沉积复合制备表面疏水接触角达到152°。

Description

一种7075铝合金超疏水表面制备工艺

技术领域

本发明属于电沉积应用领域，具体涉及一种7075铝合金超疏水表面制备工艺。

背景技术

在化学里，疏水性指的是一个分子(疏水物)与水互相排斥的物理性质。举例来说，疏水性分子包含有烷烃、油、脂肪和多数含有油脂的物质。

之前，本课题组以6061铝合金为基体，采用电刷镀激光复合加工方法制备了疏水自清洁表面。具体采用方法为首先利用电刷镀技术采用直流电源对抛光铝合金进行镍离子沉积，得到镍镀层结构，然后利用激光技术在电刷镀制备表面进行构筑沟槽结构，得到乳突和沟槽相结合的疏水复合结构表面。

但是在后续的研发过程中，发现现有的疏水自清洁表面的疏水效果虽然已经很好了，但是没有达到超疏水的效果。超疏水性物质，如荷叶，具有极难被水沾湿的表面，其水在其表面的接触角超过150°，滑动角小于20°。接触角是静态测量疏水性的方法。

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7075铝合金超疏水表面制备工艺，使7075铝合金表面实现超疏水的效果。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种7075铝合金超疏水表面制备工艺，制备工艺包括如下步骤：

步骤一：采用金相砂纸打磨铝合金表面，使其光滑；

步骤二：采用金相试样抛光机对步骤一所述打磨后工件表面进行抛光处理，置于去离子水中超声波清洗；

步骤三：采用激光打标机对步骤二所述抛光后工件表面构筑坑状结构，置于去离子水中进行超声波清洗后并烘干；

步骤四：对步骤三所述激光处理后工件基体进行镍离子电沉积，置于去离子水中进行超声波清洗；工件的电沉积时间控制在4min；镀笔在工件上往复运动，速度控制7-11m/min，正向脉冲导通时间为0.1ms，关断时间为0.9ms，工作时间100ms，反向脉冲导通时间为0.1ms，关断时间为0.9ms，工作时间10ms；镀液成分为：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；

步骤五：把步骤四中沉积后的工件表面放置在干燥箱进行热处理，温度为150℃，保温2小时并随炉冷却至室温。

本发明的有益效果是：本发明是采用激光构筑坑状结构为基体，利用电沉积技术采用双脉冲电源对激光制备表面进行加工，在沉积镍离子试验过程中，产生有序增长复合结构。和直流电沉积相比，双脉冲电源在工作过程中存在导通时间和关断时间，因此当给一个脉冲电流后，阴极-溶液界面处消耗的金属离子在关断时间内可以得到补充，从而沉积得到晶粒尺寸比直流工作过程形成的晶粒尺寸要小。本发明的激光电沉积复合加工制备超疏水表面方法，使得镍离子在激光加工坑状结构表面进行沉积，形成了复合加工结构，具有超疏水性。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、电刷镀激光复合制备方法相比，具有以下优点：

1、表面的疏水性达到更好，实现超疏水性能，电刷镀激光复合制备表面疏水接触角为142°，而激光电沉积复合制备表面疏水接触角达到152°。

2、表面结构是由坑状结构和镀层形成的复合结构。

3、可以对电沉积时间参数进行控制，乳突的大小也可以适当调整，提高可控制性。

附图说明

图1为铝合金超疏水表面制备方法流程图；

图2为铝合金基底通过激光电沉积复合加工方法制备表面在扫描电子显微镜下的表面形貌；

图3为铝合金表面的接触角变化。

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。

申请人采用激光微加工技术与电沉积技术相结合的方法实现铝合金表面的超疏水性能。利用自然界中具有超疏水性表面的一些植物如玫瑰花瓣等表面所具有的特殊结构，本发明采用的激光加工和电沉积结合方法制造这种结构，降低表面润湿，实现表面的超疏水性。本发明和现有的电刷镀激光复合加工方法的区别在于通过不同加工流程，得到的接触角如表1所示：

表1

工艺	电源	接触角(°)
			激光电沉积复合加工	双脉冲电源	152
电刷镀激光复合加工	直流电源	142

表1本发明和现有的电刷镀激光复合加工方法

以下结合具体实例对本发明的技术方案作进一步说明。在以下的实施例中，所用的基体采用7系列铝合金，本发明不限于这些实施例，基体材料只要导电即可。

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)醋酸铵(23g/L)其中镀液pH为7.5左右。

一种7075铝合金超疏水表面制备工艺，如图1所示，制备工艺包括如下步骤：

1)工件分割：采用线切割机对铝合金板进行切割，获得想要的尺寸为：20mm×20mm×2mm；

2)打磨处理：对切割后试样采用金相砂纸(600目、800目、1000目、1500目)对表面进行打磨，获得较平滑表面；

3)抛光处理：将打磨后的工件采用金相试样抛光机进行抛光处理；抛光机的型号为PG-A，抛光时间为15min，抛光后将工件置于去离子水中超声波清洗；

4)激光加工：采用激光打标机对抛光后铝合金表面进行激光处理，获得坑状结构的微观形貌，坑状结构之间为0.05mm；激光打标机的扫描功率为16w，扫描速度为1800mm/s，扫描频率为20kHz，波长为1064nm，扫描次数为2次；激光处理后采用超声波清洗机对工件利用去离子水进行超声波清洗，去除残留在表面的杂质，以免对电沉积加工产生影响，超声波清洗时间一般为5min以上；清洗后对表面烘干处理，采用吹风机对清洗后激光加工表面进行简单的烘干处理，用显微硬度计观察激光加工表面是否清洗干净；

5)工件的表面电沉积：采用双脉冲电源对激光加工后的工件表面进行镍离子沉积，镀笔在工件上往复运动，速度控制7-11m/min，正向脉冲导通时间为0.1ms，关断时间为0.9ms，工作时间100ms，反向脉冲导通时间为0.1ms，关断时间为0.9ms，工作时间10ms，电沉积试验过程中温度为室温，表面电沉积时间选取为4min左右；对耦合制备试样采用超声波清洗机利用去离子水进行超声波清洗，清洗时间大约2min；

6)热处理：对激光电沉积复合加工制备试样采用干燥箱进行热处理，使工件随炉加热到150℃，在此温度下进行保温2小时，然后停止加热，使工件随干燥箱冷却至室温(20℃左右)。

图2是激光电沉积结合方法制备表面形貌，从图中可以看出形貌较上一步处理有明显的变化，镍离子在坑状结构上面进行沉积，形成镍镀层。

图3为不同方式下的铝合金表面接触角，从图中可以发现，铝合金激光加工之后接触角明显增大。通过本发明的工艺之后，表面的接触角增大到152.0°，具有超疏水特性。

Claims (2)

1.一种7075铝合金超疏水表面制备工艺，其特征在于，制备工艺包括如下步骤：

步骤一：采用金相砂纸打磨铝合金表面，使其光滑；

步骤二：采用金相试样抛光机对步骤一所述打磨后工件表面进行抛光处理，置于去离子水中超声波清洗；

步骤三：采用激光打标机对步骤二所述抛光后工件表面构筑坑状结构，坑状结构之间为0.05mm，置于去离子水中进行超声波清洗后并烘干；

步骤四：对步骤三所述激光处理后工件基体进行镍离子电沉积，置于去离子水中进行超声波清洗；工件的电沉积时间控制在4min；镀笔在工件上往复运动，速度控制7-11m/min，正向脉冲导通时间为0.1ms，关断时间为0.9ms，工作时间100ms，反向脉冲导通时间为0.1ms，关断时间为0.9ms，工作时间10ms；镀液成分为：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；

步骤五：把步骤四中沉积后的工件表面放置在干燥箱进行热处理，温度为150℃，保温2小时并随炉冷却至室温。

2.根据权利要求1所述的一种7075铝合金超疏水表面制备工艺，其特征在于，所述步骤四中，电沉积的电源为双脉冲电源。