CN110983397B - 由硬脂酸钠水溶液在铝基体表面制备超疏水膜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的由硬脂酸钠水溶液在铝基体表面制备超疏水膜的方法。该方法步骤为：铝基体经表面打磨清洁处理至表面光滑后，作为阴极，阳极板为钛板，在含有十二烷基苯磺酸钠、硬脂酸钠的电解质溶液中，特定温度与时间下进行电沉积，并经烘干后，制得铝基体表面超疏水膜。该沉积方法工艺简单、采用原料环保成本低、制得的疏水膜疏水性良好。
Description
技术领域：
本发明属于金属表面处理技术领域，具体涉及由硬脂酸钠水溶液在铝基体表面制备超疏水膜的方法。
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，提供一种由硬脂酸钠水溶液在铝基体表面制备超疏水膜的方法，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：
由硬脂酸钠水溶液在铝基体表面制备超疏水膜的方法，包括以下步骤：
步骤1，表面处理：
取铝基体，经表面打磨清洁处理后，得到表面清洁的铝基体；
步骤2，电沉积：
(1)将表面清洁的铝基体置于硬脂酸钠电解质水溶液中，进行电沉积，其中，所述的表面清洁的铝基体作为阴极，阳极为钛板，在含有十二烷基苯磺酸钠和硬脂酸钠的电解质水溶液中：
所述的电解质水溶液中硬脂酸钠浓度为0.5-1g/L，所述的电解质水溶液中还包括十二烷基苯磺酸钠，所述的十二烷基苯磺酸钠浓度为1-2g/L，电沉积电压为15～25V，反应温度为20～25℃，电沉积时间为20～30min；
(2)电沉积后，铝基体表面覆盖一层低表面能物质，经恒温干燥，制得铝基体表面超疏水膜。
所述的步骤1中，铝基体为纯铝板或铝合金板，其中，纯铝板包括1060铝板，铝合金板包括6061铝合金板或5052铝合金板。
所述的步骤1中，打磨清洁处理过程为：将铝基体依次进行砂纸打磨，所述的砂纸型号依次为600#、800#、1200#、1600#，除去铝基体表面油污和氧化物至表面光滑，去离子水冲洗，完成打磨清洁。
所述的步骤2(2)中，干燥温度为80℃，干燥时间为5-10min，将水分干燥完全。
所述的步骤2(2)中，制备的铝基体表面超疏水膜的表面接触角达到151-158°。
本发明的有益效果：
本发明在电沉积制备疏水膜过程中采用硬脂酸钠，属于环保型材料。十二烷基苯磺酸钠的加入提高表面活性，通过电沉积，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，具有较好疏水性；且制备工艺简单，具有实际应用，在工业上具有良好发展前景。
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；
图4为对比例3中制备的铝基体膜接触角测量图。
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。
实施例1
由硬脂酸钠水溶液在铝基体表面制备超疏水膜的方法，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0.5g硬脂酸钠溶于去离子水中，配制1L电解质溶液，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，制得铝基体表面超疏水膜。
(4)测量：上述处理的铝基体表面接触角可达157.5°，参见图1。
实施例2
由硬脂酸钠水溶液在铝基体表面制备超疏水膜的方法，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0.5g硬脂酸钠溶于去离子水中，配制1L电解质溶液，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，制得铝基体表面超疏水膜。
(4)测量：获得铝基体表面接触角为157.8°。
对比例1
同实施例1，并行四组实验，区别在于，四组实验中，将电解质水溶液中的十二烷基苯磺酸钠分别替换为间硝基苯磺酸钠、聚乙二醇4000、十六烷基硫酸钠、吐温-80，浓度仍为1g/L，采用相同过程，获得铝基体表面，对成膜进行疏水性检测，四组实验获得的膜均无疏水性。
实施例3
由硬脂酸钠水溶液在铝基体表面制备超疏水膜的方法，步骤如下：
(1)表面前处理：试样铝基体为1060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1.5g十二烷基苯磺酸钠和0.75g硬脂酸钠溶于去离子水中，配制1L电解质溶液，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，制得铝基体表面超疏水膜。
(4)测量：上述处理的铝基体表面接触角可达151.5°，参见图2。
实施例4
由硬脂酸钠水溶液在铝基体表面制备超疏水膜的方法，步骤如下：
(1)表面前处理：试样铝基体为1060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1.5g十二烷基苯磺酸钠和0.75g硬脂酸钠溶于去离子水中，配制1L电解质溶液，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，制得铝基体表面超疏水膜。
(4)测量：获得铝基体表面接触角为152.6°。
对比例2
同实施例4，区别在于，电解质水溶液中十二烷基苯磺酸钠成分去除，保留硬脂酸钠浓度为1.5g/L的电解质水溶液，采用相同参数进行电沉积，获得电沉积后铝基体，经观察，铝基体表面无法成膜。
实施例5
由硬脂酸钠水溶液在铝基体表面制备超疏水膜的方法，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2.0g十二烷基苯磺酸钠和1.0g硬脂酸钠溶于去离子水中，配制1L电解质溶液，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20℃，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，制得铝基体表面超疏水膜。
(4)测量：上述处理的铝基体表面接触角可达155.8°，参见图3。
实施例6
由硬脂酸钠水溶液在铝基体表面制备超疏水膜的方法，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2.0g十二烷基苯磺酸钠和1.0g硬脂酸钠溶于去离子水中，配制1L电解质溶液，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，制得铝基体表面超疏水膜。
(4)测量：获得铝基体表面接触角为154.5°。
对比例3
同实施例5，区别在于，沉积电压为5V，经电沉积后，经检测，膜层接触角为138.9°，接触角测量图如图4所示。
对比例4
同实施例5，区别在于，沉积电压为30V，经电沉积后，获得铝基体表面膜烧焦、脱落。
对比例5
同实施例5，区别在于，电解质水溶液中硬脂酸钠浓度为2.0g/L，经电沉积后，获得铝基体表面膜层接触角为120.8°。
对比例6
同实施例5，区别在于电解质水溶液中硬脂酸钠浓度为0.2g/L，经电沉积后，获得铝基体表面膜层不均匀，成膜不完全。
实施例7
由硬脂酸钠水溶液在铝基体表面制备超疏水膜的方法，步骤如下：
(1)表面前处理：试样铝基体为1060纯铝板，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2.0g十二烷基苯磺酸钠和1.0g硬脂酸钠溶于去离子水中，配制1L电解质溶液，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20℃，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，制得铝基体表面超疏水膜。
(4)测量：上述处理的铝基体表面接触角可达156.4°。
实施例8
由硬脂酸钠水溶液在铝基体表面制备超疏水膜的方法，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2.0g十二烷基苯磺酸钠和1.0g硬脂酸钠溶于去离子水中，配制1L电解质溶液，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20℃，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，制得铝基体表面超疏水膜。
(4)测量：上述处理的铝基体表面接触角可达156.5°。
Claims (3)
1.由硬脂酸钠水溶液在铝基体表面制备超疏水膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，表面处理：
取铝基体，经表面打磨清洁处理后，得到表面清洁的铝基体，所述的铝基体为纯铝板或铝合金板，其中，纯铝板为1060铝板，铝合金板包括6061铝合金板或5052铝合金板；
步骤2，电沉积：
(1)将表面清洁的铝基体置于硬脂酸钠电解质水溶液中，进行电沉积，其中，所述的表面清洁的铝基体作为阴极，阳极为钛板，在含有十二烷基苯磺酸钠和硬脂酸钠的电解质水溶液中：
所述的电解质水溶液中硬脂酸钠浓度为0.5-1g/L，所述的电解质水溶液中还包括十二烷基苯磺酸钠，所述的十二烷基苯磺酸钠浓度为1-2g/L，电沉积电压为15~25V，反应温度为20~25℃，电沉积时间为20~30min；
(2)铝基体电沉积后，经恒温干燥，制得铝基体表面超疏水膜，表面接触角达到151-158°。
2.根据权利要求1所述的由硬脂酸钠水溶液在铝基体表面制备超疏水膜的方法，其特征在于，所述的步骤1中，打磨清洁处理过程为：将铝基体依次进行砂纸打磨，所述的砂纸型号依次为600#、800#、1200#、1600#，除去铝基体表面油污和氧化物至表面光滑，去离子水冲洗，完成打磨清洁。
3.根据权利要求1所述的由硬脂酸钠水溶液在铝基体表面制备超疏水膜的方法，其特征在于，所述的步骤2(2)中，干燥温度为80℃，干燥时间为5-10min，将水分干燥完全。
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