CN110756414A - 一种高性能超疏水金属表面及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高性能超疏水金属表面及其制备方法，制备步骤包括：将洁净的金属样品先进行化学刻蚀得到具有微米结构的金属表面，然后置于热水中浸泡并于纳米颗粒的分散液中浸泡接枝纳米颗粒，最后浸泡于低表面能物质的溶液中进行表面修饰，即得所述高性能超疏水金属表面。本发明制备的超疏水金属表面表现出较高的水接触角，既具有优异的疏水性，又具有良好的防雾、防结霜、防覆冰性能；本发明克服了现有技术中化学刻蚀后金属表面粗糙、结构不均的缺陷，经过热水处理，使表面结构稳定成形，然后通过在表面接枝具有疏水性能的纳米颗粒，形成了更加均匀、连续的微纳米结构，表现出了优异的超疏水性能。

Description

一种高性能超疏水金属表面及其制备方法
技术领域
本发明涉及超疏水表面技术领域，具体涉及一种高性能超疏水金属表面及其制备方法。
背景技术
铝及铝合金是一类非常重要的工程金属材料，其以质量轻、比强度高、热效率好、易加工、价格便宜、环境友好等特性，广泛应用于航空、航天、建筑、汽车、船舶及机械制造等领域。然而，由于铝及铝合金表面不具有自清洁性，易被污染，在酸、碱、盐等潮湿环境中易被腐蚀，且存在表面易覆冰等缺陷，在被广泛应用的同时仍存在着许多问题。例如，飞机表面结冰会改变飞机的外形，飞机的气动特性和性能相应地也会改变，不仅会增加飞机能耗，还会增大飞行的危险性。因此，实际应用过程中，对铝及铝合金表面处理的要求越来越高。
启示于自然界的“荷叶效应”，具有微纳米结构的超疏水表面具有优异性能受到了广泛关注，除自清洁外，还具有疏水、低摩擦系数、防覆冰、抗腐蚀等性能。研究表明，超疏水铝及铝合金表面具有优异的自清洁性能、防结冰性能和抗腐蚀等性能。目前，金属基超疏水表面的制备方法主要有化学刻蚀法、阳极氧化法、气相沉积法、激光烧蚀法等。化学刻蚀法因其制备工艺简单、可操作性强、成本低、适应性广而受到人们的广泛关注。
《Surface&Interface Analysis》杂志(2012,44:439-444)上报道了Yin等通过化学刻蚀和表面改性的方法制备了超疏水铝合金表面，先依次在8mol/L的HF溶液和4mol/L的HCl溶液中刻蚀一段时间后，再经过氟硅烷表面修饰得到超疏水铝合金表面。《AppliedSurface Science》杂志(2015,342:76-83)上报道了Huang等对铝合金先后经过4mol/L的HCl溶液刻蚀、0.1mol/L的KMnO4溶液钝化处理，再经过氟硅烷修饰，得到了一种具有良好耐腐蚀性能的超疏水铝合金表面。专利申请201410667574.4公开了一种构造高稳定超疏水铝表面的方法，铝合金先后经过氢氧化钠、硝酸溶液刻蚀，然后在磷酸溶液中进行阳极氧化、氨水刻蚀，最后在含有硬脂酸和二环己基碳二亚胺的正己烷混合液中浸泡处理，得到高稳定的超疏水铝表面，接触角可达155°。专利申请201611094508.8公布了一种具有自清洁功能的超疏水铝表面的制备方法，将打磨清洗后的铝样品在氯化铁溶液中刻蚀，再经过低表面能物质修饰后得超疏水铝表面，接触角最高可达149°。
但是目前采用化学刻蚀法制备的超疏水表面仍存以下问题：(1)刻蚀液多采用高浓度强酸或强碱，具有腐蚀性大、对人体及环境危害大等缺点；(2)化学刻蚀存在腐蚀不均匀、刻蚀反应过程不易控制等特点，易造成刻蚀的金属表面粗糙度不均匀，达不到良好的微纳米结构，从而导致疏水性能不高，甚至金属表面局部未达到超疏水性要求。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种高性能超疏水金属表面，本发明通过低浓度化学刻蚀剂刻蚀，然后通过热水处理及纳米涂层技术对刻蚀后的表面结构进行修饰，在金属表面构筑微纳米结构，最终得到性能优异的超疏水表面。
为了解决上述问题，本发明采用了如下的技术方案：
一种高性能超疏水金属表面的制备方法，包括如下步骤：
(1)预处理：将金属打磨、清洗干净后进行干燥处理，得到洁净金属样品；
(2)化学刻蚀：将所述洁净金属样品置于刻蚀剂中进行刻蚀，然后超声清洗刻蚀后的金属，干燥，得到具有微米结构的金属表面；
(3)热水处理：将步骤(2)所得金属表面在70-100℃水溶液中浸泡0.5-3h，然后冲洗干净，干燥；
(4)微纳复合结构构建：将热水处理后的金属浸泡于纳米颗粒的分散液中，取出后加热烘干，得到接枝有纳米颗粒的金属表面；
(5)表面修饰：将步骤(4)所得金属表面置于低能表面物质的溶液中，室温下浸泡1-6h，然后冲洗干净，干燥，即得所述高性能超疏水金属表面。
进一步地，所述金属为铝或铝合金。
进一步地，步骤(1)所述预处理操作包括：采用1000#或1200#金相砂纸均匀打磨金属表面，然后依次采用去离子水、丙酮、无水乙醇超声清洗金属，最后在30-50℃真空干燥箱中真空干燥15-30min，得到洁净金属样品；超声清洗时温度为30-50℃，时间为15-30min。
进一步地，步骤(2)所述刻蚀剂为盐溶液、碱溶液、酸溶液中的一种，室温下刻蚀1-30min。
具体地，所述盐溶液为Cu、Fe、Zn的盐酸盐或硫酸盐水溶液中的一种，浓度为0.2-2mol/L。
具体地，所述碱溶液为NaOH、KOH、Ba(OH)2溶液中的一种，浓度为0.2-2mol/L。
具体地，所述酸溶液为HCl、HNO3、HF、H2SO4、HCOOH、CH3COOH、CH2＝CHCOOH中的一种与H2O2结合形成的酸-氧化剂协效型刻蚀液，酸的浓度为0.2-2mol/L，H2O2溶液中H2O2的质量分数为10-30％，酸与H2O2溶液的体积比为1-10:1。
进一步地，步骤(2)中金属经刻蚀剂刻蚀后，用去离子水超声清洗3-5次，然后在30-50℃真空干燥箱中真空干燥15-30min；每次超声清洗时间为5-10min，温度为30-50℃。
进一步地，步骤(3)中热水处理的具体步骤为将刻蚀后的样品置于80-90℃热水中浸泡处理1-2h，然后用去离子水冲洗，最后在30-50℃真空干燥箱中真空干燥15-30min。
进一步地，步骤(4)所述纳米颗粒为二氧化硅纳米颗粒或硅酸钙纳米颗粒。
进一步地，形成二氧化硅纳米涂层的具体操作步骤为：将金属浸入混有两种不同粒径的二氧化硅纳米颗粒的分散液中，浸泡5-30min，然后在100-120℃的烘箱中固化1-2h。
具体地，所述的二氧化硅纳米颗粒的粒径为5-200nm。
具体地，所述分散剂为去离子水、无水乙醇、丙酮的一种。
具体地，两种二氧化硅纳米颗粒的混合配比为4:1-16。
具体地，所述分散液中二氧化硅纳米颗粒的总质量分数为2-20％。
进一步地，形成硅酸钙纳米涂层具体操作步骤为：将金属依次置于氯化钙溶液、硅酸钠溶液中浸泡，分别浸泡5-30min，然后在100-120℃的烘箱中固化1-2h。具体地，所述氯化钙溶液、硅酸钠溶液的浓度为0.1-2mol/L。
进一步地，步骤(5)的具体操作步骤为：将低表面能物质配制成质量分数为1-2％的乙醇溶液，然后将样品置于修饰液中室温浸泡1-6h，浸泡完成后经无水乙醇冲洗，在30-120℃真空干燥箱中干燥20-60min。具体地，所述低表面能物质为十七氟癸基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷、硬脂酸、棕榈酸、十四烷酸中的一种。
本发明还提供了上述的高性能超疏水金属表面的制备方法制备得到的超疏水金属表面。
本发明的有益效果体现在：
(1)本发明制备的超疏水金属表面表现出较高的水接触角，既具有优异的疏水性，又具有良好的防雾、防结霜、防覆冰性能；
(2)本发明采用低浓度化学刻蚀剂，特别地实现了低浓度酸刻蚀构建铝及铝合金表面微纳米结构，具有环境友好性的特点；
(3)与传统技术相比，本发明增加了在化学刻蚀后的金属表面修饰具有疏水性能的纳米二氧化硅或纳米硅酸钙颗粒，克服了由化学刻蚀不均匀造成的表面粗糙、结构不均的问题，有效地改善了表面微纳米粗糙结构，使其表面更均匀、连续；
(4)本发明用于结构改善的纳米颗粒不仅具有疏水性能，而且具有良好的耐腐蚀性、耐火性能，对提高超疏水铝及铝合金的耐腐蚀、耐火性能的研究提供了思路；
(5)本发明制备超疏水铝及铝合金所用的原料廉价、易得，制备工艺简单、可操作性强、生产效率高，可适用工业批量及大面积生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为实施例1所得超疏水金属表面的接触角测试图；
图2为实施例2所得超疏水金属表面的接触角测试图；
图3为实施例3所得超疏水金属表面的接触角测试图；
图4为对比例4所得金属表面的接触角测试图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
实施例1
(1)预处理：将尺寸为50×25×2mm的2024铝合金用1200#砂纸打磨，然后依次用去离子水、丙酮、无水乙醇超声清洗铝合金，各清洗5min，然后在30℃真空干燥箱中真空干燥20min；
(2)化学刻蚀：将步骤(1)处理后的样品浸入0.8mol/L的CuCl2溶液中，室温下刻蚀10min，刻蚀后用去离子水超声清洗5min，然后在30℃真空干燥箱中真空干燥20min；
(3)热水处理：将步骤(2)处理后的样品浸入85℃热水中浸泡1h，然后用去离子水冲洗，再在30℃真空干燥箱中真空干燥20min；
(4)微纳复合结构构建：将粒径为50nm和粒径为100nm的二氧化硅颗粒按4:1配比分散在无水乙醇中，配制成质量分数为5％的纳米二氧化硅乙醇溶液，然后将步骤(3)处理得到的样品浸入配制的纳米二氧化硅乙醇溶液中，浸泡10min，随后在120℃真空烘箱中固化2h，将纳米二氧化硅接枝到铝及铝合金表面；
(5)表面修饰：将步骤(4)处理后的样品浸入质量分数为2％的硬脂酸乙醇溶液中，室温浸泡4h，然后用无水乙醇清洗，最后在30℃真空干燥箱中真空干燥20min，得到高性能超疏水铝合金表面。
对其进行接触角测试，结果如图1或表1所示。
实施例2
(1)样品处理：将尺寸为50×25×2mm的2024铝合金用1200#砂纸打磨，然后依次用去离子水、丙酮、无水乙醇超声清洗铝合金，各清洗5min，然后在30℃真空干燥箱中真空干燥20min；
(2)化学刻蚀：将步骤(1)处理后的样品浸入0.8mol/L的NaOH溶液中，室温下刻蚀20min，刻蚀后用去离子水超声清洗10min，然后在30℃真空干燥箱中真空干燥20min；
(3)热水处理：将步骤(2)处理后的样品浸入85℃热水中浸泡1h，然后用去离子水冲洗，再在30℃真空干燥箱中真空干燥20min；
(4)微纳复合结构构建：将粒径为50nm和粒径为100nm的二氧化硅颗粒按2:1配比分散在无水乙醇中，配制成质量分数为10％的纳米二氧化硅乙醇溶液，然后将步骤(3)处理得到的样品浸入配制的纳米二氧化硅乙醇溶液中，浸泡10min，随后在120℃真空烘箱中固化2h，将纳米二氧化硅接枝到铝合金表面；
(5)表面修饰：将步骤(4)处理后的样品浸入质量分数为2％的硬脂酸乙醇溶液中，室温浸泡4h，然后用无水乙醇清洗，最后在30℃真空干燥箱中真空干燥20min，得到高性能超疏水铝合金表面。
对其进行接触角测试，结果如图2或表1所示。
实施例3
(1)样品处理：将尺寸为50×25×2mm的2024铝合金用1200#砂纸打磨，然后依次用去离子水、丙酮、无水乙醇超声清洗铝合金，各清洗5min，然后在30℃真空干燥箱中真空干燥20min；
(2)化学刻蚀：将1mol/L的HCl与30％(wt)的H2O2以体积比为10:1混合，配制成酸-氧化剂协效型刻蚀液，然后将步骤(1)处理后的样品浸入配制的刻蚀液中，室温下刻蚀15min，刻蚀后用去离子水超声清洗10min，然后在30℃真空干燥箱中真空干燥20min；
(3)热水处理：将步骤(2)处理后的样品浸入85℃热水中浸泡1h，然后用去离子水冲洗，再在30℃真空干燥箱中真空干燥20min；
(4)微纳复合结构构建：将粒径为50nm和粒径为100nm的二氧化硅颗粒按1:1配比分散在无水乙醇中，配制成质量分数为15％的纳米二氧化硅乙醇溶液，然后将步骤(3)处理后得到的样品浸入配制的纳米二氧化硅乙醇溶液中，浸泡10min，随后在120℃真空烘箱中固化2h，将纳米二氧化硅接枝到铝合金表面；
(5)表面修饰：将步骤(4)处理后的样品浸入质量分数为2％的硬脂酸乙醇溶液中，室温浸泡4h，然后用无水乙醇清洗，最后在30℃真空干燥箱中真空干燥20min，得到高性能超疏水铝表面。
对其进行接触角测试，结果如图3或表1所示。
实施例4
(1)样品处理：将尺寸为50×25×2mm的2024铝合金用1200#砂纸打磨，然后依次用去离子水、丙酮、无水乙醇超声清洗铝合金，各清洗5min，然后在30℃真空干燥箱中真空干燥20min；
(2)化学刻蚀：将步骤(1)处理后的样品浸入1mol/L的FeCl3溶液中，室温下刻蚀10min，刻蚀后用去离子水超声清洗15min，然后在30℃真空干燥箱中真空干燥20min；
(3)热水处理：将步骤(2)处理后的样品浸入85℃热水中浸泡1h，然后用去离子水冲洗，再在30℃真空干燥箱中真空干燥20min；
(4)微纳复合结构构建：将步骤(3)处理后的样品依次浸入浓度均为0.4mol/L的氯化钙溶液、硅酸钠溶液，分别浸泡10min，然后在120℃真空烘箱中固化2h，将形成的纳米硅酸钙接枝到铝合金表面；
(5)表面修饰：将步骤(4)处理后的样品浸入质量分数为2％的硬脂酸乙醇溶液中，室温浸泡4h，然后用无水乙醇清洗，最后在30℃真空干燥箱中真空干燥20min，得到高性能超疏水铝表面。
对其进行接触角测试，结果如表1所示。
实施例5
(1)样品处理：将尺寸为50×25×2mm的2024铝合金用1200#砂纸打磨，然后依次用去离子水、丙酮、无水乙醇超声清洗铝合金，各清洗5min，然后在30℃真空干燥箱中真空干燥20min；
(2)化学刻蚀：将步骤(1)处理后的样品浸入1mol/L的KOH溶液中，室温下刻蚀20min，刻蚀后用去离子水超声清洗15min，然后在30℃真空干燥箱中真空干燥20min；
(3)热水处理：将步骤(2)处理后的样品浸入85℃热水中浸泡1h，然后用去离子水冲洗，再在30℃真空干燥箱中真空干燥20min；
(4)微纳复合结构构建：将步骤(3)处理后的样品依次浸入浓度均为0.8mol/L的氯化钙溶液、硅酸钠溶液，分别浸泡10min，然后在120℃真空烘箱中固化2h，将形成的纳米硅酸钙接枝到铝合金表面；
(5)表面修饰：将步骤(4)处理后的样品浸入质量分数为2％的硬脂酸乙醇溶液中，室温浸泡4h，然后用无水乙醇清洗，最后在30℃真空干燥箱中真空干燥20min，得到高性能超疏水铝表面。
对其进行接触角测试，结果如表1所示。
实施例6
(1)样品处理：将尺寸为50×25×2mm的2024铝合金用1200#砂纸打磨，然后依次用去离子水、丙酮、无水乙醇超声清洗铝合金，各清洗5min，然后在30℃真空干燥箱中真空干燥20min；
(2)化学刻蚀：将1.5mol/L的HCl与30％(wt)的H2O2以体积比为5:1混合，配制成酸—氧化剂协效型刻蚀液，然后将步骤(1)处理后的样品浸入配制的刻蚀液中，室温下刻蚀15min，刻蚀后用去离子水超声清洗20min，然后在30℃真空干燥箱中真空干燥20min；
(3)热水处理：将步骤(2)处理后的样品浸入85℃热水中浸泡1h，然后用去离子水冲洗，再在30℃真空干燥箱中真空干燥20min；
(4)微纳复合结构构建：将步骤(3)处理后的样品依次浸入浓度均为1.2mol/L的氯化钙溶液、硅酸钠溶液，分别浸泡10min，然后在120℃真空烘箱中固化2h，将形成的纳米硅酸钙接枝到铝合金表面；
(5)表面修饰：将步骤(4)处理后的样品浸入质量分数为2％的硬脂酸乙醇溶液中，室温浸泡4h，然后用无水乙醇清洗，最后在30℃真空干燥箱中真空干燥20min，得到高性能超疏水铝表面。
对其进行接触角测试，结果如表1所示。
通过以下试验对比例来说明本发明的有益效果。
对比例1
(1)样品处理：将尺寸为50×25×2mm的2024铝合金用1200#砂纸打磨，然后依次用去离子水、丙酮、无水乙醇超声清洗铝合金，各清洗5min，然后在30℃真空干燥箱中真空干燥20min；
(2)化学刻蚀：将步骤(1)处理后的样品浸入0.8mol/L的CuCl2溶液中，80℃温度下刻蚀1h，刻蚀后用去离子水超声清洗5min，然后在30℃真空干燥箱中真空干燥20min；
(3)表面修饰：将步骤(2)处理后的样品浸入质量分数为2％的硬脂酸乙醇溶液中，室温浸泡4h，然后用无水乙醇清洗，最后在30℃真空干燥箱中真空干燥20min，得到对比样品。
对其进行接触角测试，结果如表1所示。
对比例2
(1)样品处理：将尺寸为50×25×2mm的2024铝合金用1200#砂纸打磨，然后依次用去离子水、丙酮、无水乙醇超声清洗铝合金，各清洗5min，然后在30℃真空干燥箱中真空干燥20min；
(2)化学刻蚀：将步骤(1)处理后的样品浸入0.8mol/L的NaOH溶液中，80℃温度下刻蚀1h，刻蚀后用去离子水超声清洗5min，然后在30℃真空干燥箱中真空干燥20min；
(3)表面修饰：将步骤(2)处理后的样品浸入质量分数为2％的硬脂酸乙醇溶液中，室温浸泡4h，然后用无水乙醇清洗，最后在30℃真空干燥箱中真空干燥20min，得到对比样品。
对其进行接触角测试，结果如表1所示。
对比例3
(1)样品处理：将尺寸为50×25×2mm的2024铝合金用1200#砂纸打磨，然后依次用去离子水、丙酮、无水乙醇超声清洗铝合金，各清洗5min，然后在30℃真空干燥箱中真空干燥20min；
(2)化学刻蚀：将1mol/L的HCl与30％(wt)的H2O2以体积比为10:1混合，配制成酸—氧化剂协效型刻蚀液，然后将步骤(1)处理后的样品浸入配制的刻蚀液中，室温下刻蚀15min，刻蚀后用去离子水超声清洗5min，然后在30℃真空干燥箱中真空干燥20min；
(3)表面修饰：将步骤(2)处理后的样品浸入质量分数为2％的硬脂酸乙醇溶液中，室温浸泡4h，然后用无水乙醇清洗，最后在30℃真空干燥箱中真空干燥20min，得到对比样品。
对其进行接触角测试，结果如表1所示。
对比例4
(1)样品处理：将尺寸为50×25×2mm的2024铝合金用1200#砂纸打磨，然后依次用去离子水、丙酮、无水乙醇超声清洗铝合金，各清洗5min，然后在30℃真空干燥箱中真空干燥20min；
(2)化学刻蚀：将步骤(1)处理后的样品浸入1mol/L的HCl溶液中，室温下刻蚀15min，刻蚀后用去离子水超声清洗5min，然后在30℃真空干燥箱中真空干燥20min；
(3)热水处理：将步骤(2)处理后的样品浸入85℃热水中浸泡1h，然后用去离子水冲洗，再在30℃真空干燥箱中真空干燥20min；
(4)微纳复合结构构建：将粒径为50nm和粒径为100nm的二氧化硅按1:1配比分散在无水乙醇中，配制成质量分数为15％的纳米二氧化硅乙醇溶液，然后将步骤(3)处理后的样品浸入配制的纳米二氧化硅乙醇溶液中，浸泡10min，随后在120℃真空烘箱中固化2h；
(5)表面修饰：将步骤(4)处理后的样品浸入质量分数为2％的硬脂酸乙醇溶液中，室温浸泡4h，然后用无水乙醇清洗，最后在30℃真空干燥箱中真空干燥20min，得到对比样品。
对其进行接触角测试，结果如图4或表1所示。
表1实施例1-6及对比例1-4超疏水金属表面接触角测试数据
Figure BDA0002262839640000121
通过实施1-6与对比例1-3比较，发现增加热水处理及结构改善工艺步骤后，铝合金表面疏水性能明显提高。主要原因为：由于化学刻蚀不均匀导致了表面粗糙结构不均，甚至达不到要求的微纳米结构，表现出疏水性能不高。而经过热水处理后使表面结构稳定成形，然后通过在表面接枝具有疏水性能的纳米二氧化硅颗粒或硅酸钙颗粒，形成了更加均匀、连续的微纳米结构，从而表现出优异的超疏水性能。与对比例4比较，单独用低浓度盐酸刻蚀，无法得到超疏水表面，原因在于低浓度酸刻蚀铝合金，无法达到粗糙结构。相反地，通过低浓度盐酸与过氧化氢结合作为刻蚀液试验，得到了超疏水表面，二者表现出良好的协同效应，从而实现了低浓度酸刻蚀制备超疏水铝合金表面。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种高性能超疏水金属表面的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)预处理：将金属打磨、清洗干净后进行干燥处理，得到洁净金属样品；
(2)化学刻蚀：将所述洁净金属样品置于刻蚀剂中进行刻蚀，然后超声清洗刻蚀后的金属，干燥，得到具有微米结构的金属表面；
(3)热水处理：将步骤(2)所得金属表面在70-100℃水溶液中浸泡0.5-3h，然后冲洗干净，干燥；
(4)微纳复合结构构建：将热水处理后的金属浸泡于纳米颗粒的分散液中，取出后加热烘干，得到接枝有纳米颗粒的金属表面；
(5)表面修饰：将步骤(4)所得金属表面置于低能表面物质的溶液中，室温下浸泡1-6h，然后冲洗干净，干燥，即得所述高性能超疏水金属表面。
2.根据权利要求1所述的高性能超疏水金属表面的制备方法，其特征在于，所述金属为铝或铝合金；步骤(1)所述预处理操作包括：采用1000#或1200#金相砂纸均匀打磨金属表面，然后依次采用去离子水、丙酮、无水乙醇超声清洗金属，最后在30-50℃真空干燥箱中真空干燥15-30min，得到洁净金属样品；超声清洗时温度为30-50℃，时间为15-30min。
3.根据权利要求1所述的高性能超疏水金属表面的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述刻蚀剂为盐溶液、碱溶液、酸溶液中的一种，室温下刻蚀1-30min；所述盐溶液为Cu、Fe、Zn的盐酸盐或硫酸盐水溶液中的一种，浓度为0.2-2mol/L；所述碱溶液为NaOH、KOH、Ba(OH)2溶液中的一种，浓度为0.2-2mol/L；所述酸溶液为HCl、HNO3、HF、H2SO4、HCOOH、CH3COOH、CH2＝CHCOOH中的一种与H2O2结合形成的酸-氧化剂协效型刻蚀液，酸的浓度为0.2-2mol/L，H2O2溶液中H2O2的质量分数为10-30％，酸与H2O2溶液的体积比为1-10:1。
4.根据权利要求1所述的高性能超疏水金属表面的制备方法，其特征在于，步骤(2)中金属经刻蚀剂刻蚀后，用去离子水超声清洗3-5次，然后在30-50℃真空干燥箱中真空干燥15-30min；每次超声清洗时间为5-10min，温度为30-50℃。
5.根据权利要求1所述的高性能超疏水金属表面的制备方法，其特征在于，步骤(3)中热水处理的具体步骤为：将刻蚀后的样品置于80-90℃热水中浸泡处理1-2h，然后用去离子水冲洗，最后在30-50℃真空干燥箱中真空干燥15-30min。
6.根据权利要求1所述的高性能超疏水金属表面的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述纳米颗粒为二氧化硅纳米颗粒或硅酸钙纳米颗粒。
7.根据权利要求6所述的高性能超疏水金属表面的制备方法，其特征在于，形成二氧化硅纳米涂层的具体操作步骤为：将金属浸入混有两种不同粒径的二氧化硅纳米颗粒的分散液中，浸泡5-30min，然后在100-120℃的烘箱中固化1-2h；所述的二氧化硅纳米颗粒的粒径为5-200nm；所述分散剂为去离子水、无水乙醇、丙酮的一种；两种二氧化硅纳米颗粒的混合配比为4:1-16；所述分散液中二氧化硅纳米颗粒的总质量分数为2-20％。
8.根据权利要求6所述的高性能超疏水金属表面的制备方法，其特征在于，形成硅酸钙纳米涂层具体操作步骤为：将金属依次置于氯化钙溶液、硅酸钠溶液中浸泡，分别浸泡5-30min，然后在100-120℃的烘箱中固化1-2h；所述氯化钙溶液、硅酸钠溶液的浓度为0.1-2mol/L。
9.根据权利要求1所述的高性能超疏水金属表面的制备方法，其特征在于，步骤(5)的具体操作步骤为：将低表面能物质配制成质量分数为1-2％的乙醇溶液，然后将样品置于修饰液中室温浸泡1-6h，浸泡完成后经无水乙醇冲洗，在30-120℃真空干燥箱中干燥20-60min；所述低表面能物质为十七氟癸基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷、硬脂酸、棕榈酸、十四烷酸中的一种。
10.权利要求1-9任意一项所述的高性能超疏水金属表面的制备方法制备得到的超疏水金属表面。
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