CN112030208A - 一种在不锈钢网表面制备超疏水二硫化三镍涂层的方法 - Google Patents

一种在不锈钢网表面制备超疏水二硫化三镍涂层的方法 Download PDF

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吕哲馨
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Abstract

本发明涉及一种在不锈钢网表面制备超疏水二硫化三镍涂层的方法，属于金属材料表面改性领域。首先，对不锈钢网表面进行超声清洗、碱洗除油和酸洗活化；然后以硫酸镍和氯化镍为镍源、硫代硫酸钠为硫源，配制一定浓度的电沉积溶液，通过电沉积过程在不锈钢网表面形成具有菜花状结构的二硫化三镍涂层；最后，将试样浸泡在十四酸溶液中进行化学修饰来降低表面能，在表面获得超疏水功能，去离子水在该涂层表面的接触角超过150°，滚动角低于10°。该方法工艺简单，对试样的形状和尺寸无特殊要求，且对生产设备依赖性小，成本低廉，易于推广应用。

Description

一种在不锈钢网表面制备超疏水二硫化三镍涂层的方法
技术领域
本发明涉及一种在不锈钢网表面制备超疏水二硫化三镍涂层的方法，属于金属材料表面改性领域。具体涉及对不锈钢网表面进行预处理、电沉积处理和化学修饰，从而使不锈钢网表面获得具有超疏水功能的二硫化三镍涂层的制备方法。
背景技术
随着仿生学和表面科学的发展，逐渐揭开了荷叶表面“出淤泥而不染”的神秘面纱。研究表明，荷叶表面这种优异的自清洁效应是因为其表面具有极端的超疏水润湿特性，而这种超疏水特性主要与表面微纳米结构和低表面能化学物质有关。受到“荷叶效应”的启发，越来越多的方法被开发用于在固体材料表面制备具有自清洁、防结雾、耐腐蚀和油水分离特性的超疏水涂层，如电沉积法、溶胶-凝胶法、溶剂热/水热反应法和等离子喷涂法等。
二硫化三镍微纳米结构的制备是近年来析氢催化领域的研究热点。在国内外已经公开发表的制备技术中，主要依靠溶剂热/水热反应法制备具有各种形态的二硫化三镍微纳米结构。中国专利(公开号为CN107887172B，公开日期为2019年8月6日)公开了一种水热法制备大小可控二硫化三镍空心球的方法，该方法以尿素为硫源、醋酸镍为镍源，在180-250℃下水热反应24-36h，获得粒径具有亚微米到纳米尺度的二硫化三镍空心球；中国专利(公开号为CN108325539A，公开日期为2018年7月27日)公开了一种棒状自组装成花球状的钒修饰的Ni3S2电催化剂的合成方法，该方法以泡沫镍为载体，以硫脲和硫代乙酰胺等为硫源，采用溶剂热反应法获得棒状自组装花球状的钒修饰的Ni3S2结构；中国专利(公开号为CN106683905A，公开日期为2017年5月17日)公开了一种多孔纳米二硫化三镍薄膜电极的制备方法，该方法利用一步溶剂热法在泡沫镍基底上制备了具有多孔结构的Ni3S2薄膜。溶剂热/水热反应法操作简单，且可以通过调控反应温度和反应时间获得复杂多样的Ni3S2微观结构，但是溶剂热/水热反应法一般需要在密封的反应釜内形成的高温高压环境下进行，而且该方法生产周期长，效率低，限制了其在实际生产中的应用。
本发明采用电沉积法在304不锈钢网表面制备具有菜花状微结构的二硫化三镍涂层，表面经过十四酸化学修饰后获得超疏水功能。本发明涉及到的方法工艺简单，易于控制反应过程，生产效率高，成本低廉，有利于实现工业化生产。
发明内容
本发明旨在开发一种在不锈钢网表面制备超疏水二硫化三镍涂层的方法，使不锈钢网表面具有优异的超疏水特性。
为实现上述目的，本发明的具体工艺流程如下：
(1)不锈钢网表面预处理：将304不锈钢网剪裁成尺寸为40mm×20mm的试样，依次在去离子水、无水乙醇中超声清洗10min，取出后浸泡在50mL由0.75mol/L NaOH、0.19mol/LNa2CO3、0.12mol/L Na3PO4和0.08mol/L Na2SiO3组成的碱洗水溶液中，在65℃下水浴加热15min以清除试样表面的杂质和油污，冷风吹干；然后将不锈钢网在室温下的10vol％HCl溶液中浸泡1min以活化表面；
(2)不锈钢网表面电沉积处理：配制150mL含有0.14-0.20mol/L NiSO4·6H2O、0.04-0.06mol/L NiCl2·6H2O、0.20-0.30mol/L H3BO3、0.40-0.80mol/L Na2S2O3·5H2O、0.0004-0.0010mol/L C12H25SO4Na的电沉积水溶液，充分搅拌使溶液混合均匀；将经步骤(1)处理的不锈钢网作为阴极，尺寸为40mm×20mm×3mm的纯镍片作为阳极，在电流密度为4-12A/dm2下沉积10-30min，电极间距为4cm，电沉积溶液温度为60℃；反应结束后，取出试样，用去离子水冲洗，冷风干燥，在不锈钢网表面得到具有菜花状结构的二硫化三镍涂层；
(3)表面化学修饰：将0.001-0.005mol十四酸溶于100mL无水乙醇中，充分搅拌使溶液混合均匀；将经步骤(2)获得的电沉积试样在该修饰液中浸泡12-24h，取出后放入真空干燥箱中在25-50℃下干燥2-6h，获得具有菜花状结构的超疏水二硫化三镍涂层。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明采用的电沉积法，不需要高温高压反应条件和特制的反应容器，易于推广应用。
(2)采用该方法获得的超疏水二硫化三镍涂层与基体结合力强，不易脱落，对不锈钢基体表面具有良好的保护作用。
(3)本发明获得的超疏水二硫化三镍涂层，制备工艺简单，成本低廉，对试样的形状和尺寸无特殊要求，适用范围广，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例一中不锈钢网表面超疏水二硫化三镍涂层的微观形貌SEM照片；
图2是本发明实施例一中不锈钢网表面超疏水二硫化三镍涂层的EDS图谱；
图3是本发明实施例一中去离子水在超疏水二硫化三镍涂层表面的静态接触角，大小为155°。
具体实施例
下面结合附图对本发明做进一步说明。
本发明的目的是开发一种在不锈钢网表面制备超疏水二硫化三镍涂层的简易方法。为达到上述目的，本发明以304不锈钢网为研究对象，在不锈钢网表面制备了具有菜花状结构的超疏水二硫化三镍涂层。
实施例一：
(1)将304不锈钢网剪裁成尺寸为40mm×20mm的试样，依次在去离子水、无水乙醇中超声清洗10min，取出后浸泡在50mL由0.75mol/L NaOH、0.19mol/L Na2CO3、0.12mol/LNa3PO4和0.08mol/L Na2SiO3组成的碱洗水溶液中，在65℃下水浴加热15min以清除试样表面的杂质和油污，冷风吹干；然后将不锈钢网在室温下的10vol％HCl溶液中浸泡1min以活化表面；
(2)配制150mL含有0.17mol/L NiSO4·6H2O、0.05mol/L NiCl2·6H2O、0.24mol/LH3BO3、0.6mol/L Na2S2O3·5H2O、0.0005mol/L C12H25SO4Na的电沉积水溶液，充分搅拌使溶液混合均匀；将经步骤(1)处理的不锈钢网作为阴极，尺寸为40mm×20mm×3mm的纯镍片作为阳极，在电流密度为4A/dm2下沉积30min，电极间距为4cm，电沉积溶液温度为60℃；反应结束后，取出试样，用去离子水冲洗，冷风干燥，在不锈钢网表面得到了具有菜花状结构的二硫化三镍涂层，如图1所示；
(3)表面化学修饰：将0.002mol十四酸溶于100mL无水乙醇中，充分搅拌使溶液混合均匀；将经步骤(2)获得的电沉积试样在该修饰液中浸泡12h，取出后放入真空干燥箱中在35℃下干燥6h，获得超疏水二硫化三镍涂层。利用EDS对表面进行化学成分分析，能谱图如图2所示。取3μL去离子水对涂层表面进行测试，发现水滴与该表面的接触角为155°，滚动角为5°，如图3所示。
实施例二：
(1)将304不锈钢网剪裁成尺寸为40mm×20mm的试样，依次在去离子水、无水乙醇中超声清洗10min，取出后浸泡在50mL由0.75mol/L NaOH、0.19mol/L Na2CO3、0.12mol/LNa3PO4和0.08mol/L Na2SiO3组成的碱洗水溶液中，在65℃下水浴加热15min以清除试样表面的杂质和油污，冷风吹干；然后将不锈钢网在室温下的10vol％HCl溶液中浸泡1min以活化表面；
(2)配制150mL含有0.14mol/L NiSO4·6H2O、0.04mol/L NiCl2·6H2O、0.20mol/LH3BO3、0.4mol/L Na2S2O3·5H2O、0.0004mol/L C12H25SO4Na的电沉积水溶液，充分搅拌使溶液混合均匀；将经步骤(1)处理的不锈钢网作为阴极，尺寸为40mm×20mm×3mm的纯镍片作为阳极，在电流密度为8A/dm2下沉积15min，电极间距为4cm，电沉积溶液温度为60℃；反应结束后，取出试样，用去离子水冲洗，冷风干燥，在不锈钢网表面得到了具有菜花状结构的二硫化三镍涂层；
(3)表面化学修饰：将0.001mol十四酸溶于100mL无水乙醇中，充分搅拌使溶液混合均匀；将经步骤(2)获得的电沉积试样在该修饰液中浸泡24h，取出后放入真空干燥箱中在50℃下干燥2h，获得超疏水二硫化三镍涂层。取3μL去离子水对涂层表面进行测试，发现水滴与该表面的接触角为151°，滚动角为8°。
实施例三：
(1)不锈钢网表面预处理：将304不锈钢网剪裁成尺寸为40mm×20mm的试样，依次在去离子水、无水乙醇中超声清洗10min，取出后浸泡在50mL由0.75mol/L NaOH、0.19mol/LNa2CO3、0.12mol/L Na3PO4和0.08mol/L Na2SiO3组成的碱洗水溶液中，在65℃下水浴加热15min以清除试样表面的杂质和油污，冷风吹干；然后将不锈钢网在室温下的10vol％HCl溶液中浸泡1min以活化表面；
(2)不锈钢网表面电沉积处理：配制150mL含有0.20mol/L NiSO4·6H2O、0.06mol/LNiCl2·6H2O、0.30mol/L H3BO3、0.80mol/L Na2S2O3·5H2O、0.0010mol/L C12H25SO4Na的电沉积水溶液，充分搅拌使溶液混合均匀；将经步骤(1)处理的不锈钢网作为阴极，尺寸为40mm×20mm×3mm的纯镍片作为阳极，在电流密度为12A/dm2下沉积10min，电极间距为4cm，电沉积溶液温度为60℃；反应结束后，取出试样，用去离子水冲洗，冷风干燥，在不锈钢网表面得到具有菜花状结构的二硫化三镍涂层；
(3)表面化学修饰：将0.005mol十四酸溶于100mL无水乙醇中，充分搅拌使溶液混合均匀；将经步骤(2)获得的电沉积试样在该修饰液中浸泡12h，取出后放入真空干燥箱中在25℃下干燥6h，获得超疏水二硫化三镍涂层。取3μL去离子水对涂层表面进行测试，发现水滴与该表面的接触角为152°，滚动角为6°。

Claims (1)

1.一种在不锈钢网表面制备超疏水二硫化三镍涂层的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)不锈钢网表面预处理：将304不锈钢网剪裁成尺寸为40mm×20mm的试样，依次在去离子水、无水乙醇中超声清洗10min，取出后浸泡在50mL由0.75mol/L NaOH、0.19mol/LNa2CO3、0.12mol/L Na3PO4和0.08mol/L Na2SiO3组成的碱洗水溶液中，在65℃下水浴加热15min以清除试样表面的杂质和油污，冷风吹干；然后将不锈钢网在室温下的10vol％HCl溶液中浸泡1min以活化表面；
(2)不锈钢网表面电沉积处理：配制150mL含有0.14-0.20mol/L NiSO4·6H2O、0.04-0.06mol/L NiCl2·6H2O、0.20-0.30mol/L H3BO3、0.40-0.80mol/L Na2S2O3·5H2O、0.0004-0.0010mol/L C12H25SO4Na的电沉积水溶液，充分搅拌使溶液混合均匀；将经步骤(1)处理的不锈钢网作为阴极，尺寸为40mm×20mm×3mm的纯镍片作为阳极，在电流密度为4-12A/dm2下沉积10-30min，电极间距为4cm，电沉积溶液温度为60℃；反应结束后，取出试样，用去离子水冲洗，冷风干燥，在不锈钢网表面得到具有菜花状结构的二硫化三镍涂层；
(3)表面化学修饰：将0.001-0.005mol十四酸溶于100mL无水乙醇中，充分搅拌使溶液混合均匀；将经步骤(2)获得的电沉积试样在该修饰液中浸泡12-24h，取出后放入真空干燥箱中在25-50℃下干燥2-6h，获得具有菜花状结构的超疏水二硫化三镍涂层。
(3)表面化学修饰：将0.001-0.005mol十四酸溶于100mL无水乙醇中，充分搅拌使溶液混合均匀；将经步骤(2)获得的电沉积试样在该修饰液中浸泡12-24h，取出后放入真空干燥箱中在25-50℃下干燥2-6h，获得超疏水二硫化三镍涂层。
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