CN110923775B - 一种采用肥皂水溶液在铝基体表面沉积超疏水膜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种采用肥皂水溶液在铝基体表面沉积超疏水膜的方法。该方法步骤为：打磨铝基体，除去铝基体表面油污和氧化物至表面光滑；将处理后干净光滑铝板作为阴极，钛板作为阳极，在含有十二烷基苯磺酸钠、肥皂的电解质溶液中电沉积相应时间，干燥箱烘干后，得到超疏水膜。本发明具有工艺简单、成本低、疏水性好等特点。
Description
技术领域：
本发明属于金属表面处理技术领域，具体涉及一种采用肥皂水溶液在铝基体表面沉积超疏水膜的方法。
背景技术：
铝合金在民用工业用途十分广泛，但是其表面很容易被腐蚀，制约了其发展应用和推广，因此提高铝基体表面的抗腐蚀性是非常必要的。
超疏水表面一般是指与水的接触角大于150°，滚动角小于10°的表面。在金属上制备超疏水表面一般分为两步：首先在金属表面制备出粗糙的微纳米结构，然后再在粗糙的微纳米结构上修饰出一层低表面能的物质。根据Cassie-Baxter模型，液滴在粗糙表面上的接触是一种复合接触。在疏水膜上，粗糙凹槽不能够全部被液体占满，存在多余的气体，即固体与液体的接触面之间存在着一层空气垫。空气垫的存在可以有效隔开铝基体与外界环境，使氧化剂和腐蚀性阴离子无法接触到钝化膜，大大提高了铝及铝合金的耐腐蚀能力。
超疏水材料作为新型功能材料之一，在自然界中广泛存在，如荷叶、芋头叶、蝴蝶翅膀、水稻叶片等。由于其特有的自清洁性、防覆冰性、耐腐蚀性以及减阻等特性，所以超疏水膜一直都是科研工作者研究的热点话题。
另外，制备金属基体超疏水表面的方法还有溶胶-凝胶法、模板法和化学沉积法等，但大多疏水膜工艺复杂，其疏水性能不高，不利于工业上的广泛应用。
发明内容：
本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种铝基体表面肥皂水溶液沉积超疏水膜的方法，该方法操作简单、价格低廉、疏水性好。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种采用肥皂水溶液在铝基体表面沉积超疏水膜的方法，包括步骤如下：
(1)将铝基体经打磨光滑，并去离子水冲洗后，获得表面洁净铝基体；
(2)将表面洁净铝基体板作为阴极，钛板作为阳极，置于含有十二烷基苯磺酸钠的肥皂电解质水溶液中，对铝基体表面进行电沉积，所述电沉积电压为15～25V，反应温度为20～25℃，电沉积时间为20～30min，所述电解质水溶液中肥皂浓度为1～2g/L，十二烷基苯磺酸钠浓度为0.6～1g/L；
(3)对经电沉积后的铝基体进行干燥处理，制得具有超疏水膜的铝基体。
所述的步骤(1)中，铝基体为纯铝板或铝合金板，其中，所述的纯铝板包括1060铝板，所述的铝合金板为6061铝合金板或5052铝合金板。
所述的步骤(1)中，将铝基体用砂纸依次进行打磨，所述的砂纸型号依次为600#、800#、1200#和1600#。
所述的步骤(2)中，肥皂包括组分及质量百分含量为：R-COONa 54-65％，甘油20％，余量其他。
所述的步骤(3)中，干燥方式为：在干燥箱中恒温80℃干燥直至水分干燥完全。
所述的步骤(3)中，制备的具有超疏水膜的铝基体的表面接触角为151.8-154°。
本发明的有益效果：
(1)本发明的采用肥皂水溶液在铝基体表面沉积超疏水膜的方法，工艺简单、获得的超疏水膜疏水性好，且具有实际应用，在工业上具有良好发展前景。
(2)本发明使用的肥皂水作为电解质溶液，属于环保型材料，辅以十二烷基苯磺酸钠；采用电沉积法，在铝基体表面制备超疏水膜，由于肥皂水不会破坏铝及铝合金表面，因此对铝合金型号无甚局限，十二烷基苯磺酸钠作为表面活性剂，加快铝基体的电沉积速度，缩小实验周期。干燥后形成的超疏水膜接触角能达到150°以上。
附图说明：
图1为实施例1中制备的具有超疏水膜的铝基体的表面接触角测量图；
图2为实施例3中制备的具有超疏水膜的铝基体的表面接触角测量图；
图3为对比例3中制备的铝基体膜接触角测量图；
图4为实施例5中制备的具有超疏水膜的铝基体的表面接触角测量图。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
以下实施例中采用的肥皂来自市购，具体为雕牌肥皂，肥皂中包括组分及质量百分含量为R-COONa含量54-65％，甘油20％，余量其它。
实施例1
一种采用肥皂水溶液在铝基体表面沉积超疏水膜的方法，包括步骤如下：
(1)表面前处理：试样铝基体为6061铝合金，首先将试样依次用600#、800#、1200#、1600#水砂纸打磨至表面干净光滑，用去离子水冲洗干净。
(2)电沉积：将0.6g十二烷基苯磺酸钠和1.0g肥皂溶于去离子水中，配制1L电解质溶液，肥皂组分及质量百分含量为R-COONa含量54-65％，甘油20％，然后将试样置于电解液中，铝基体板作为阴极，钛板作为阳极，电压为15V，反应温度为20℃，时间20min，用去离子水进行冲洗至基底表面无气泡为止。
(3)干燥处理：将试样放置在干燥箱中恒温80℃干燥脱水10min，制得具有超疏水膜的铝基体。
(4)测量：上述处理的铝基体表面接触角可达151.8°，制备的具有超疏水膜的铝基体的表面接触角测量图参见图1。
实施例2
一种采用肥皂水溶液在铝基体表面沉积超疏水膜的方法，包括步骤如下：
(1)表面前处理：试样铝基体为6061铝合金，首先将试样依次用600#、800#、1200#、1600#水砂纸打磨至表面干净光滑，用去离子水冲洗干净。
(2)电沉积：将0.6g十二烷基苯磺酸钠和1.0g肥皂溶于去离子水中，配制1L电解质溶液，肥皂组分及质量百分含量为R-COONa含量54-65％，甘油20％，然后将试样置于电解液中，铝基体板作为阴极，钛板作为阳极，电压为20V，反应温度为20℃，时间20min，用去离子水进行冲洗至基底表面无气泡为止。
(3)干燥处理：将试样放置在干燥箱中恒温80℃干燥脱水10min，制得具有超疏水膜的铝基体。
(4)测量：获得铝基体表面接触角为152.2°。
对比例1
同实施例1，并行四组实验a、b、c、d，其中：
实验a中，将十二烷基苯磺酸钠替换为间硝基苯磺酸钠；
实验b中，将十二烷基苯磺酸钠替换为聚乙二醇4000；
实验c中，将十二烷基苯磺酸钠替换为十六烷基硫酸钠；
实验d中，将十二烷基苯磺酸钠替换为吐温-80；
形成电解质溶液中，间硝基苯磺酸钠、聚乙二醇4000、十六烷基硫酸钠、吐温-80的浓度仍为1g/L，经相同参数下进行电沉积，获得膜沉积后铝基体，经检测，铝基体表面膜均无疏水性。
对比例2
同实施例1，区别在于，电解质溶液中不添加十二烷基苯磺酸钠，单纯为1.0g/L的肥皂水电解质溶液，经相同参数进行电沉积后，获得沉积后铝基体，经检测，铝基体表面无法成膜。
实施例3
一种采用肥皂水溶液在铝基体表面沉积超疏水膜的方法，包括步骤如下：
(1)表面前处理：试样铝基体为纯铝，首先将试样依次用600#、800#、1200#、1600#水砂纸打磨至表面干净光滑，用去离子水冲洗干净。
(2)电沉积：将0.75g十二烷基苯磺酸钠和1.5g肥皂溶于去离子水中，配制1L电解质溶液，肥皂组分及质量百分含量为R-COONa含量54-65％，甘油20％，然后将试样置于电解液中，铝基体板作为阴极，钛板作为阳极，电压为20V，反应温度为22℃，时间25min，用去离子水进行冲洗至基底表面无气泡为止。
(3)干燥处理：将试样放置在干燥箱中恒温80℃干燥脱水10min，，制得具有超疏水膜的铝基体。
(4)测量：上述处理的铝基体表面接触角可达152.6°，制备的具有超疏水膜的铝基体的表面接触角测量图参见图2。
实施例4
一种采用肥皂水溶液在铝基体表面沉积超疏水膜的方法，包括步骤如下：
(1)表面前处理：试样铝基体为纯铝，首先将试样依次用600#、800#、1200#、1600#水砂纸打磨至表面干净光滑，用去离子水冲洗干净。
(2)电沉积：将0.75g十二烷基苯磺酸钠和1.5g肥皂溶于去离子水中，配制1L电解质溶液，肥皂组分及质量百分含量为R-COONa含量54-65％，甘油20％，然后将试样置于电解液中，铝基体板作为阴极，钛板作为阳极，电压为25V，反应温度为22℃，时间25min，用去离子水进行冲洗至基底表面无气泡为止。
(3)干燥处理：将试样放置在干燥箱中恒温80℃干燥脱水10min，，制得具有超疏水膜的铝基体。
(4)测量：获得铝基体表面接触角为151.5°。
对比例3
同实施例3，区别在于，肥皂浓度为0.5g/L，其余参数均不变，经电沉积后，获得表面成膜的铝基体，经检测，制备的铝基体膜接触角为90.9°，接触角测量图如图3所示。
对比例4
同实施例3，区别在于，电沉积电压为30V，经检测，获得铝基体表面膜层烧焦、脱落。
实施例5
一种采用肥皂水溶液在铝基体表面沉积超疏水膜的方法，包括步骤如下：
(1)表面前处理：试样铝基体为6061铝合金，首先将试样依次用600#、800#、1200#、1600#水砂纸打磨至表面干净光滑，用去离子水冲洗干净。
(2)电沉积：将1.0g十二烷基苯磺酸钠和2.0g肥皂溶于去离子水中，配制1L电解质溶液，肥皂组分及质量百分含量为R-COONa含量54-65％，甘油20％，然后将试样置于电解液中，铝基体板作为阴极，钛板作为阳极，电压为25V，反应温度为25℃，时间30min，用去离子水进行冲洗至基底表面无气泡为止。
(3)干燥处理：将试样放置在干燥箱中恒温80℃干燥脱水10min，制得具有超疏水膜的铝基体。
(4)测量：上述处理的铝基体表面接触角可达154.0°，制备的具有超疏水膜的铝基体的表面接触角测量图参见图4。
实施例6
一种采用肥皂水溶液在铝基体表面沉积超疏水膜的方法，包括步骤如下：
(1)表面前处理：试样铝基体为6061铝合金，首先将试样依次用600#、800#、1200#、1600#水砂纸打磨至表面干净光滑，用去离子水冲洗干净。
(2)电沉积：将1.0g十二烷基苯磺酸钠和2.0g肥皂溶于去离子水中，配制1L电解质溶液，肥皂组分及质量百分含量为R-COONa含量54-65％，甘油20％，然后将试样置于电解液中，铝基体板作为阴极，钛板作为阳极，电压为20V，反应温度为25℃，时间30min，用去离子水进行冲洗至基底表面无气泡为止。
(3)干燥处理：将试样放置在干燥箱中恒温80℃干燥脱水10min，制得具有超疏水膜的铝基体。
(4)测量：获得铝基体表面接触角为153.5°。
实施例7
一种采用肥皂水溶液在铝基体表面沉积超疏水膜的方法，包括步骤如下：
(1)表面前处理：试样铝基体为1060铝板，首先将试样依次用600#、800#、1200#、1600#水砂纸打磨至表面干净光滑，用去离子水冲洗干净。
(2)电沉积：将1.0g十二烷基苯磺酸钠和2.0g肥皂溶于去离子水中，配制1L电解质溶液，肥皂组分及质量百分含量为R-COONa含量54-65％，甘油20％，然后将试样置于电解液中，铝基体板作为阴极，钛板作为阳极，电压为20V，反应温度为25℃，时间30min，用去离子水进行冲洗至基底表面无气泡为止。
(3)干燥处理：将试样放置在干燥箱中恒温80℃干燥脱水10min，制得具有超疏水膜的铝基体。
(4)测量：获得铝基体表面接触角为155.2°。
实施例8
一种采用肥皂水溶液在铝基体表面沉积超疏水膜的方法，包括步骤如下：
(1)表面前处理：试样铝基体为5052铝合金，首先将试样依次用600#、800#、1200#、1600#水砂纸打磨至表面干净光滑，用去离子水冲洗干净。
(2)电沉积：将1.0g十二烷基苯磺酸钠和2.0g肥皂溶于去离子水中，配制1L电解质溶液，肥皂组分及质量百分含量为R-COONa含量54-65％，甘油20％，然后将试样置于电解液中，铝基体板作为阴极，钛板作为阳极，电压为20V，反应温度为25℃，时间30min，用去离子水进行冲洗至基底表面无气泡为止。
(3)干燥处理：将试样放置在干燥箱中恒温80℃干燥脱水10min，制得具有超疏水膜的铝基体。
(4)测量：获得铝基体表面接触角为154.8°。
Claims (6)
1.一种采用肥皂水溶液在铝基体表面沉积超疏水膜的方法，其特征在于，包括步骤如下：
(1)将铝基体经打磨光滑，并去离子水冲洗后，获得表面洁净铝基体；
(2)将表面洁净铝基体板作为阴极，钛板作为阳极，置于含有十二烷基苯磺酸钠的肥皂电解质水溶液中，对铝基体表面进行电沉积，所述电沉积电压为15～25V，反应温度为20～25℃，电沉积时间为20～30min，所述电解质水溶液中肥皂浓度为1～2g/L，十二烷基苯磺酸钠浓度为0.6～1g/L；
(3)对经电沉积后的铝基体进行干燥处理，制得具有超疏水膜的铝基体。
2.根据权利要求1所述的采用肥皂水溶液在铝基体表面沉积超疏水膜的方法，其特征在于，所述的步骤(1)中，铝基体为纯铝板或铝合金板，其中，所述的纯铝板包括1060铝板，所述的铝合金板为6061铝合金板或5052铝合金板。
3.根据权利要求1所述的采用肥皂水溶液在铝基体表面沉积超疏水膜的方法，其特征在于，所述的步骤(1)中，将铝基体用砂纸依次进行打磨，所述的砂纸型号依次为600#、800#、1200#和1600#。
4.根据权利要求1所述的采用肥皂水溶液在铝基体表面沉积超疏水膜的方法，其特征在于，所述的步骤(2)中，肥皂包括组分及质量百分含量为：R-COONa 54-65％，甘油20％，余量其他。
5.根据权利要求1所述的采用肥皂水溶液在铝基体表面沉积超疏水膜的方法，其特征在于，所述的步骤(3)中，干燥方式为：在干燥箱中恒温80℃干燥直至水分干燥完全。
6.根据权利要求1所述的采用肥皂水溶液在铝基体表面沉积超疏水膜的方法，其特征在于，所述的步骤(3)中，制备的具有超疏水膜的铝基体的表面接触角为151.8-154°。
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