CN109483150A - 一种铝合金板的表面防腐处理方法 - Google Patents

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李雪伍
张�林
石甜
王红星
张传伟
于魏宁
钟斌
吕源
杨丹妮
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass

Abstract

本发明涉及一种铝合金板的表面防腐处理方法，包括以下步骤：步骤一、对铝合金样品表面进行抛光处理，然后进行超声清洗；步骤二、对经过预处理的铝合金样品进行电火花线切割加工，在铝合金样品表面加工出微米级阵列方柱结构；步骤三、采用沸水刻蚀制备方柱表面纳米片状结构，形成微纳复合阵列方柱结构；步骤四、对所述微纳复合阵列方柱结构进行十八烷酸低表面能改性处理。本发明的减材处理方法采用线切割加工以及沸水刻蚀等工艺，制备铝合金表面的复合微纳结构，其结构稳定好，抗液滴粘附性好，耐海水腐蚀性明显改善，且制备的防腐表面表现出良好的耐候性和耐久性。

Description

一种铝合金板的表面防腐处理方法
技术领域
本发明属于材料表面防腐处理技术领域，具体涉及一种铝合金板的表面防腐处理方法。
背景技术
金属构筑物的腐蚀控制已成为我国海洋工程领域亟待解决的关键性课题。我国每年由于海洋金属腐蚀造成的损失约为GDP的3%-5%，远远超过自然灾害损失的综合。铝合金作为重要的工程材料，在工业生产及人类生活中发挥不可替代的作用，其腐蚀问题尤为严重，并已成为影响工业生产及设施服役寿命、安全及可靠性的重要因素。但是由于环境保护法规的强烈要求，传统铝合金表面涂层保护技术面临严峻挑战。金属表面磷化技术产生的沉渣易造成水质富氧化污染；金属表面电镀铬同样给环境带来巨大影响；机械合金化处理容易氧化表面；球磨处理易造成样品污染。
人类很多科技进展源于自然界，受“荷叶效应”启发，超疏水表面因其独特的疏水驱离及自清洁性，为解决铝合金材料的腐蚀问题提供了有效途径，且可在实现基材防护的同时，达到高效、经济、简便、无毒的目的。传统的铝合金表面超疏水微纳结构的制备方法主要有物理法和化学法两种，物理法主要有模板复印、静电纺丝以及各种精密铣削、光刻以及砂丸喷砂等机械加工方法，化学法主要包括溶胶凝胶、阳极氧化、水热合成以及化学气相沉积等。
然而现有铝合金表面微纳结构制备方法存在设备昂贵、可控性差、效率低、操作复杂等突出问题，且在铝合金防腐方面研究较少，同时制备结构尺度较为单一。然而生物表面多以复合体系发挥奇特的功能效用，任何单一尺度结构的设计与制备无法赋予材料显著改善的防腐特性，因此探索高效稳定的环境友好型复合微纳结构制备新技术成为当前海洋防腐研究的主要方向和热点。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了以下技术方案：
一种铝合金板的表面防腐处理方法，包括以下步骤：
步骤一、对铝合金样品表面进行抛光处理，然后进行超声清洗处理；
步骤二、对经过预处理的铝合金样品进行电火花线切割加工，在铝合金样品表面加工出微米级阵列方柱结构；
步骤三、采用沸水刻蚀制备方柱表面纳米片状结构，形成微纳复合阵列方柱结构；
步骤四、对所述微纳复合阵列方柱结构进行十八烷酸低表面能改性处理。
作为本发明的进一步说明，所述步骤一中抛光处理采用SiC砂纸对铝合金样品表面进行打磨，并用金相试样抛光机对铝合金样品进行抛光处理。
作为本发明的进一步说明，所述步骤一中清洗处理是将抛光处理后的铝合金样品依次放入去离子水、无水乙醇以及丙酮液中分别进行超声清洗，并经高纯氮气吹干。
作为本发明的进一步说明，所述步骤二中线切割电参数的脉冲间隔为50-100μs，功率管数为5-10个，脉冲宽度为20-40μs。
作为本发明的进一步说明，所述步骤二中微米级阵列方柱的高为100-200μm，方柱端面边长为200-300μm，相邻方柱间距为400-500μm。
作为本发明的进一步说明，所述步骤三中沸水刻蚀是将线切割微米级阵列方柱试样在室温环境下，置入沸水中浸泡，取出后用去离子水超声清洗，并经氮气吹干。
作为本发明的进一步说明，所述步骤四中十八烷酸低表面能改性处理是将表面形成微纳复合阵列方柱结构的铝合金样品置入5-20mM十八烷酸的乙醇溶液中，室温下浸泡1-2h，取出后进行烘干处理。
与现有技术相比，本发明取得的有益效果为：
1、本发明的处理方法采用线切割加工以及沸水刻蚀工艺，制备铝合金表面复合微纳结构，其结构稳定好，抗液滴粘附性好，耐海水腐蚀性明显改善，且制备的防腐表面表现出良好的耐候性和耐久性。
2、本发明的处理方法采用线切割加工以及沸水刻蚀工艺，处理工艺简单，成本低，并且环保、高效，从而降低防腐处理成本，提高加工效率。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是未经处理的铝合金样品表面扫描电子显微镜图。
图2是经抛光处理后的铝合金样品表面扫描电子显微镜图。
图3是步骤二中经电火花线切割加工的铝合金样品表面扫描电子显微镜图。
图4是步骤三中经沸水刻蚀处理后的铝合金样品表面扫描电子显微镜图。
图5是未经处理的铝合金样品表面润湿特性示意图。
图6是经本发明方法处理后的铝合金样品表面润湿特性示意图。
图7是经本发明方法处理后的铝合金样品表面耐候性和耐久性直方图。
图8是未经处理的铝合金试样以及经本发明方法处理后的铝合金样品表面动电位极化曲线图。
具体实施方式
为进一步阐述本发明达到预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功能特性，详细说明如下。
为解决现有技术中铝合金表面微纳结构制备方法存在设备昂贵、可控性差、效率低、操作复杂、尤其结构尺度单一等技术问题，本实施例提供一种铝合金板的表面防腐处理方法，具体包括以下步骤：
步骤一、样品表面预处理，未经处理的铝合金样品表面如图1所示
1）抛光处理：将铝合金板依次经#600、#1000、#1200 SiC砂纸进行打磨，并采用金相自动磨抛机对样品进行抛光处理，抛光后的样品表面如图2所示；
2）清洗处理：将抛光样品依次放入去离子水、无水乙醇及丙酮液中分别超声清洗10min，以去除表面杂质及油污，并经高纯氮气吹干。
步骤二、电火花线切割加工，所采用的电参数中，脉冲间隔为50-100μs，功率管数为5-10个，脉冲宽度为20-40μs
1）按照设计的切割轨迹加工规则的矩形截面条状凸起结构；
2）将样品转置90°装夹，按照同样的切割轨迹进行二次加工，即可在样品表面加工出微米级阵列方柱结构。其中线切割加工过程中，阵列方柱结构高为100-200μm，方柱端面边长为200-300μm，方柱间距为400-500μm。加工出的阵列方柱结构，如图3所示。
步骤三、沸水刻蚀
1）刻蚀处理：室温环境下，将线切割后的铝合金样品置入沸水中浸泡1-2min；
2）样品清洗：样品取出后用去离子水超声清洗，并经氮气吹干。经刻蚀处理的凸台表面纳米片状结构，如图4所示。
步骤四、十八烷酸低表面能改性处理
1）低表面能修饰：将处理后的铝合金板置入5-20mM十八烷酸的乙醇溶液中，室温下浸泡1-2h；
2）烘干处理：样品取出后放入烘箱中，于100℃下加热处理1-2h，即完成防腐处理。
图1所示的铝合金样品表面润湿特性示意图，如图5所示，由液滴铺展行为可知，未经处理的铝合金样品表面具有明显的亲水特性。
而经过本实施例提供的防腐处理方法处理后的铝合金板表面水滴静态接触角＞150°，表现出较好的超疏水特性，如图6所示。并且经本发明方法处理后的样品还表现出较好的耐候性和耐久性，如图7所示。
动电位极化曲线是表示试样表面腐蚀电位与腐蚀电流密度之间关系的曲线，分析研究极化曲线是揭示样品表面腐蚀快慢与发生腐蚀难易程度的基本方法之一。腐蚀电流密度反映腐蚀快慢程度，其值越小，发生腐蚀速度越小，耐腐蚀效果越好。
如图8所示，铝合金样品经本发明方法处理后的腐蚀电流密度相较未处理铝合金样品明显下降，所表现出的耐海水腐蚀特性显著增强。同时与现有技术中的防腐处理方法相比，铝合金样品经本发明方法处理后腐蚀电流密度明显下降，同样表现出的耐海水腐蚀特性显著增强，如表1所示。
现有技术中的防腐处理方法 腐蚀电流密度 (μA.cm<sup>-2</sup>)
浸泡 1.25
沸水刻蚀 11.6
NaOCl刻蚀 2.95
退火 1.84
阳极氧化 0.1-1
电沉积 2.47
表1
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种铝合金板的表面防腐处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、对铝合金样品表面进行抛光处理，然后进行超声清洗处理；
步骤二、对经过预处理的铝合金样品进行电火花线切割加工，在铝合金样品表面加工出微米级阵列方柱结构；
步骤三、采用沸水刻蚀制备方柱表面纳米片状结构，形成微纳复合阵列方柱结构；
步骤四、对所述微纳复合阵列方柱结构进行十八烷酸低表面能改性处理。
2.根据权利要求1所述的防腐处理方法，其特征在于：所述步骤一中抛光处理采用SiC砂纸对铝合金样品表面进行打磨，并用金相自动磨抛机对铝合金样品进行抛光处理。
3.根据权利要求2所述的防腐处理方法，其特征在于：所述步骤一中清洗处理是将抛光处理后的铝合金样品依次放入去离子水、无水乙醇以及丙酮液中分别进行超声清洗，并经高纯氮气吹干。
4.根据权利要求1所述的防腐处理方法，其特征在于：所述步骤二中线切割电参数的脉冲间隔为50-100μs，功率管数为5-10个，脉冲宽度为20-40μs。
5.根据权利要求1所述的防腐处理方法，其特征在于：所述步骤二中微米级阵列方柱的高为100-200μm，方柱端面边长为200-300μm，相邻方柱间距为400-500μm。
6.根据权利要求1所述的防腐处理方法，其特征在于：所述步骤三中沸水刻蚀是将线切割微米级阵列方柱试样在室温环境下，置入沸水中浸泡，取出后用去离子水超声清洗，并经氮气吹干。
7.根据权利要求1所述的防腐处理方法，其特征在于：所述步骤四中十八烷酸低表面能改性处理是将表面形成微纳复合阵列方柱结构的铝合金样品置入5-20mM十八烷酸的乙醇溶液中，室温下浸泡1-2h，然后取出进行烘干处理。
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