CN112359356B - 一种在铝合金表面制备超疏水锌铝类水滑石涂层的方法 - Google Patents
一种在铝合金表面制备超疏水锌铝类水滑石涂层的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112359356B CN112359356B CN202011238483.0A CN202011238483A CN112359356B CN 112359356 B CN112359356 B CN 112359356B CN 202011238483 A CN202011238483 A CN 202011238483A CN 112359356 B CN112359356 B CN 112359356B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sample
- aluminum alloy
- coating
- aluminum
- zinc
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C26/00—Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemically Coating (AREA)
- Chemical Treatment Of Metals (AREA)
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
Abstract
本发明涉及一种在铝合金表面制备超疏水锌铝类水滑石涂层的方法，属于金属材料表面改性领域。首先，对铝合金试样进行机械打磨和超声清洗，去除其表面的氧化膜和杂质；然后，将适量硫酸锌和尿素溶于去离子水中，充分搅拌使溶液混合均匀，将表面处理后的铝合金试样和上述混合溶液置于水热反应釜中，在一定温度下反应一段时间后取出，冷风干燥，在铝合金表面得到具有片状或片‑针状结构的锌铝类水滑石涂层；最后，将试样浸泡在硬脂酸的无水乙醇溶液中进行修饰，获得具有超疏水功能的锌铝类水滑石涂层，去离子水在该涂层表面的接触角超过150°，滚动角低于10°。该方法操作简单、成本低廉、对环境友好，制备过程不受试样形状和尺寸的限制，易于推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种在铝合金表面制备超疏水锌铝类水滑石涂层的方法，属于金属材料表面改性领域。具体涉及对铝合金进行表面预处理、水热反应和化学修饰，从而在铝合金表面获得具有超疏水功能的锌铝类水滑石涂层。
背景技术
随着表面科学和仿生学的迅速发展，研究人员对自然界中存在的“荷叶效应”等超疏水现象进行了深入的研究，发现微纳米结构和低表面能物质是赋予荷叶、水黾等动植物表面超疏水特性的重要因素。受此启发，研究人员通过水热反应法、阳极氧化法、刻蚀法、溶胶-凝胶法等方法在铝合金材料表面制备了具有抑制表面腐蚀、防结冰、减阻减摩、自清洁等性能的超疏水涂层。在铝合金材料表面制备超疏水涂层可以有效提高其在腐蚀介质、低温环境等恶劣条件下的使用性能，对扩展铝合金材料的应用范围有着重要意义。
锌铝类水滑石是水滑石类插层材料(LDHs)的一种，因其独特的层状结构和物化性能被催化及吸附等领域的研究人员广泛研究。在国内外已经公开发表的制备技术中，主要依靠共沉淀法、水热反应法制备锌铝类水滑石粉末或通过水热反应法、水浴法在经过微弧氧化、阳极氧化预处理的铝合金表面制备锌铝类水滑石涂层。中国专利(公开号为CN108101099A，公开日期为2018年6月1日)公开了一种共沉淀法制备月桂酸修饰的锌铝类水滑石的方法，该方法以硝酸锌为锌源、硝酸铝为铝源、氢氧化钠为沉淀剂、月桂酸钠为修饰剂进行了共沉淀反应制备了月桂酸根修饰的锌铝类水滑石粉末。中国专利(公开号为CN109534386A，公开日期为2019年3月29日)公开了一种水热反应法制备锌铝类水滑石粉末的方法，该方法以硝酸锌为锌源、硝酸铝为铝源、氢氧化钠为沉淀剂在100℃下水热反应3-24h，获得书页状锌铝类水滑石粉末。以上专利公开的共沉淀法、水热反应法制备出的锌铝类水滑石以粉末状态存在，需要通过喷涂等方式才可应用于超疏水领域，且存在操作复杂、反应过程难以控制等缺点，不利于推广应用。
中国专利(公开号为CN106400079A，公开日期为2017年2月15日)公开了一种使用微弧氧化法和水热反应法在铝合金表面制备多层超疏水膜层的方法，该方法先采用微弧氧化法在铝合金表面制备一层氧化铝陶瓷膜，然后以二价金属硫酸盐(硫酸锌、硫酸镁等)和硫酸钠为反应溶液在50-100℃下进行2-48h的水热反应，在陶瓷膜上制备出了类水滑石薄膜。中国专利(专利号为CN201610012106.2，授权日期为2017年3月22日)公布了一种采用阳极氧化和水浴法相结合的方式在铝合金表面制备了锌铝类水滑石涂层，该方法先利用阳极氧化法在纯铝基体上制备出多孔氧化铝层，然后以乙酸锌为锌源、六亚甲基四胺为沉淀剂在45-90℃下进行1-7h的水浴反应，在铝合金表面制备出了具有纳米片状结构的锌铝类水滑石涂层。以上专利公开的水浴法、水热反应法制备锌铝类水滑石涂层的工艺需要预先通过阳极氧化、微弧氧化等方法在铝及铝合金表面制备氧化铝层，工艺流程复杂、成本较高、不利于推广应用。
本发明采用水热反应法在铝合金表制备具有片状或片-针状微结构的锌铝类水滑石涂层，表面经过硬脂酸修饰后获得超疏水性能。本发明制备工艺简单、易于调控，所使用的原料成本低廉、对环境友好，制备过程不受试样形状和尺寸的限制，易于推广应用。
发明内容
本发明旨在开发一种在铝合金表面制备超疏水锌铝类水滑石涂层的方法，使铝合金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)铝合金表面预处理：将铝合金试样依次在240#、400#、600#、1000#、1500#的SiC砂纸上进行打磨以去除试样表面的氧化膜，然后将试样依次在无水乙醇和去离子水中超声清洗10min，以去除试样表面的杂质和油污，取出后用冷风吹干备用；
(2)铝合金试样水热处理：配制含有0.005-0.05mol/L ZnSO4·7H2O和0.05-0.4mol/L尿素的混合溶液，充分搅拌使溶液混合均匀；将经步骤(1)处理的铝合金试样和上述混合溶液置于水热反应釜中，放在100-180℃的干燥箱中反应6-12h；反应结束后取出试样，用去离子水反复冲洗，冷风干燥，在铝合金表面得到具有片状或片-针状结构的锌铝类水滑石涂层；
(3)表面化学修饰：将0.005-0.01mol硬脂酸溶于100mL无水乙醇中，充分搅拌使溶液混合均匀；将经步骤(2)得到的试样放在配制好的硬脂酸无水乙醇溶液中浸泡1-2h，取出后放入真空干燥箱中在80-100℃下干燥0.5-6h，获得超疏水锌铝类水滑石涂层。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明只需要水热反应和化学修饰两步，操作简单，制备过程不受试样形状和尺寸的限制，使用的原料成本低廉、来源广泛，易于推广应用。
(2)本发明对环境友好，原料无毒无害，在制备过程中不产生有毒或污染环境的物质。
(3)采用该方法获得的超疏水锌铝类水滑石涂层不易脱落，可对铝合金提供良好的保护。
附图说明
图1是本发明实施例一中具有片-针状结构的超疏水锌铝类水滑石涂层微观形貌的SEM照片；
图2是本发明实施例二中具有片状结构的超疏水锌铝类水滑石涂层微观形貌的SEM照片；
图3是本发明具体实施例一中去离子水在超疏水锌铝类水滑石涂层表面的静态接触角，大小为157°。
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铝合金表面制备超疏水锌铝类水滑石涂层的方法。为达到上述目的，本发明以铝合金为研究对象，在铝合金试样表面制备了具有片状或片-针状结构的超疏水锌铝类水滑石涂层。
实施例一：
(1)将6061铝合金试样依次在240#、400#、600#、1000#、1500#的SiC砂纸上进行打磨以去除试样表面的氧化膜，然后将试样依次在无水乙醇和去离子水中超声清洗10min，以去除试样表面的杂质和油污，取出后用冷风吹干备用；
(2)配制含有0.015mol/L ZnSO4·7H2O和0.1mol/L尿素的混合溶液，充分搅拌使溶液混合均匀；将经步骤(1)处理的铝合金试样和上述混合溶液置于水热反应釜中，放在120℃的干燥箱中反应8h；反应结束后取出试样，用去离子水反复冲洗，冷风干燥，在铝合金表面得到锌铝类水滑石涂层；
(3)将0.01mol硬脂酸溶于100mL无水乙醇中，充分搅拌使溶液混合均匀；将经步骤(2)得到的试样放在配制好的硬脂酸无水乙醇溶液中浸泡1h，取出后放入真空干燥箱中在100℃下干燥0.5h，获得具有片-针状结构的超疏水锌铝类水滑石涂层，如图1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157°(如图3所示)，滚动角为3°。
实施例二：
(1)将6061铝合金试样依次在240#、400#、600#、1000#、1500#的SiC砂纸上进行打磨以去除试样表面的氧化膜，然后将试样依次在无水乙醇和去离子水中超声清洗10min，以去除试样表面的杂质和油污，取出后用冷风吹干备用；
(2)配制含有0.015mol/L ZnSO4·7H2O和0.1mol/L尿素的混合溶液，充分搅拌使溶液混合均匀；将经步骤(1)处理的铝合金试样和上述混合溶液置于水热反应釜中，放在100℃的干燥箱中反应8h；反应结束后取出试样，用去离子水反复冲洗，冷风干燥，在铝合金表面得到锌铝类水滑石涂层；
(3)将0.01mol硬脂酸溶于100mL无水乙醇中，充分搅拌使溶液混合均匀；将经步骤(2)得到的试样放在配制好的硬脂酸无水乙醇溶液中浸泡1h，取出后放入真空干燥箱中在100℃下干燥0.5h，获得具有片状结构的超疏水锌铝类水滑石涂层，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156°，滚动角为5°。
实施例三：
(1)将6061铝合金试样依次在240#、400#、600#、1000#、1500#的SiC砂纸上进行打磨以去除试样表面的氧化膜，然后将试样依次在无水乙醇和去离子水中超声清洗10min，以去除试样表面的杂质和油污，取出后用冷风吹干备用；
(2)配制含有0.005mol/L ZnSO4·7H2O和0.05mol/L尿素的混合溶液，充分搅拌使溶液混合均匀；将经步骤(1)处理的铝合金试样和上述混合溶液置于水热反应釜中，放在100℃的干燥箱中反应6h；反应结束后取出试样，用去离子水反复冲洗，冷风干燥，在铝合金表面得到锌铝类水滑石涂层；
(3)将0.005mol硬脂酸溶于100mL无水乙醇中，充分搅拌使溶液混合均匀；将经步骤(2)得到的试样放在配制好的硬脂酸无水乙醇溶液中浸泡1h，取出后放入真空干燥箱中在80℃下干燥0.5h，获得具有片状结构的超疏水锌铝类水滑石涂层。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8°。
实施例四：
(1)将6061铝合金试样依次在240#、400#、600#、1000#、1500#的SiC砂纸上进行打磨以去除试样表面的氧化膜，然后将试样依次在无水乙醇和去离子水中超声清洗10min，以去除试样表面的杂质和油污，取出后用冷风吹干备用；
(2)配制含有0.05mol/L ZnSO4·7H2O和0.4mol/L尿素的混合溶液，充分搅拌使溶液混合均匀；将经步骤(1)处理的铝合金试样和上述混合溶液置于水热反应釜中，放在180℃的干燥箱中反应12h；反应结束后取出试样，用去离子水反复冲洗，冷风干燥，在铝合金表面得到锌铝类水滑石涂层；
(3)将0.01mol硬脂酸溶于100mL无水乙醇中，充分搅拌使溶液混合均匀；将经步骤(2)得到的试样放在配制好的硬脂酸无水乙醇溶液中浸泡2h，取出后放入真空干燥箱中在100℃下干燥6h，获得具有片-针状结构的超疏水锌铝类水滑石涂层。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154°，滚动角为6°。
实施例五：
(1)将7N01铝合金试样依次在240#、400#、600#、1000#、1500#的SiC砂纸上进行打磨以去除试样表面的氧化膜，然后将试样依次在无水乙醇和去离子水中超声清洗10min，以去除试样表面的杂质和油污，取出后用冷风吹干备用；
(2)配制含有0.015mol/L ZnSO4·7H2O和0.1mol/L尿素的混合溶液，充分搅拌使溶液混合均匀；将经步骤(1)处理的铝合金试样和上述混合溶液置于水热反应釜中，放在120℃的干燥箱中反应8h；反应结束后取出试样，用去离子水反复冲洗，冷风干燥，在铝合金表面得到锌铝类水滑石涂层；
(3)将0.01mol硬脂酸溶于100mL无水乙醇中，充分搅拌使溶液混合均匀；将经步骤(2)得到的试样放在配制好的硬脂酸无水乙醇溶液中浸泡1h，取出后放入真空干燥箱中在100℃下干燥0.5h，获得具有片-针状结构的超疏水锌铝类水滑石涂层；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157°，滚动角为4°。
Claims (1)
1.一种在铝合金表面制备超疏水锌铝类水滑石涂层的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)铝合金表面预处理：将铝合金试样依次在240#、400#、600#、1000#、1500#的SiC砂纸上进行打磨以去除试样表面的氧化膜，然后将试样依次在无水乙醇和去离子水中超声清洗10min，以去除试样表面的杂质和油污，取出后用冷风吹干备用；
(2)铝合金试样水热处理：配制含有0.005-0.05mol/L ZnSO4·7H2O和0.05-0.4mol/L尿素的混合溶液，充分搅拌使溶液混合均匀；将经步骤(1)处理的铝合金试样和上述混合溶液置于水热反应釜中，放在100-180℃的干燥箱中反应6-12h；反应结束后取出试样，用去离子水反复冲洗，冷风干燥，在铝合金表面得到具有片状或片-针状结构的锌铝类水滑石涂层；
(3)表面化学修饰：将0.005-0.01mol硬脂酸溶于100mL无水乙醇中，充分搅拌使溶液混合均匀；将经步骤(2)得到的试样放在配制好的硬脂酸无水乙醇溶液中浸泡1-2h，取出后放入真空干燥箱中在80-100℃下干燥0.5-6h，获得超疏水锌铝类水滑石涂层。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011238483.0A CN112359356B (zh) | 2020-11-09 | 2020-11-09 | 一种在铝合金表面制备超疏水锌铝类水滑石涂层的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011238483.0A CN112359356B (zh) | 2020-11-09 | 2020-11-09 | 一种在铝合金表面制备超疏水锌铝类水滑石涂层的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112359356A CN112359356A (zh) | 2021-02-12 |
| CN112359356B true CN112359356B (zh) | 2022-04-29 |
Family
ID=74509089
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011238483.0A Active CN112359356B (zh) | 2020-11-09 | 2020-11-09 | 一种在铝合金表面制备超疏水锌铝类水滑石涂层的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112359356B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114836724A (zh) * | 2021-03-05 | 2022-08-02 | 漆雷廷 | 一种生物医疗用超疏水耐蚀铝合金的制备方法 |
| CN113426400B (zh) * | 2021-07-12 | 2022-07-05 | 中国工程物理研究院核物理与化学研究所 | 一种具有表面微-纳结构的水精馏填料及其制备方法 |
| CN114644779A (zh) * | 2022-03-22 | 2022-06-21 | 泰安渤洋化工科技有限公司 | 一种超疏水改性水滑石及其制备方法与应用 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5266356A (en) * | 1991-06-21 | 1993-11-30 | The Center For Innovative Technology | Method for increasing the corrosion resistance of aluminum and aluminum alloys |
| CN106929840A (zh) * | 2017-03-07 | 2017-07-07 | 上海电力学院 | 一种具有耐蚀性的铝合金超疏水表面的制备方法 |
| CN107267967B (zh) * | 2017-07-06 | 2019-07-12 | 中国石油大学(华东) | 一种在铝合金表面制备超疏水铜涂层的方法 |
| CN110492088B (zh) * | 2019-09-16 | 2021-02-09 | 安徽师范大学 | 一种zif-8@还原氧化石墨烯负载硫复合材料及其制备方法及锂硫电池正极和锂硫电池 |
-
2020
- 2020-11-09 CN CN202011238483.0A patent/CN112359356B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112359356A (zh) | 2021-02-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112359356B (zh) | 一种在铝合金表面制备超疏水锌铝类水滑石涂层的方法 | |
| CN109023319B (zh) | 一种制备树枝状微纳米结构氧化铜超疏水涂层的方法 | |
| CN110029349B (zh) | 一种超疏水/超亲水可逆调节金属表面的制备和调控方法 | |
| CN100463858C (zh) | 超疏水层状双羟基复合金属氧化物薄膜及其制备方法 | |
| CN110359044B (zh) | 一种钢基体表面超疏水膜的制备方法 | |
| CN106399986A (zh) | 一种具有自清洁功能的超疏水铝表面的制备方法 | |
| CN111647290B (zh) | 一种超疏水自清洁涂层及其制备方法 | |
| CN103588164A (zh) | 一种金属铜银微纳米多级结构超疏水表面及其制备方法 | |
| CN103085380A (zh) | 一种具有耐腐蚀性能的铜超疏水表面及其制备方法 | |
| CN104562049A (zh) | 一种基于钢基体超疏水功能表面的制备方法 | |
| CN113445051B (zh) | 一种在铝合金多孔氧化膜表面制备超疏水锂铝类水滑石涂层的方法 | |
| CN102677058A (zh) | 含铜离子和氯离子的盐溶液刻蚀制备超疏水铝表面的方法 | |
| CN103567456B (zh) | 一种金属银表面超疏水性材料及其制备方法 | |
| Movahedi et al. | Synthesis of flower-like micro/nano ZnO superhydrophobic surfaces: Additive effect optimization via designed experiments | |
| CN103695906A (zh) | 一种超疏水铝及铝合金表面的制备方法 | |
| CN109468648A (zh) | 铝或铝合金防结霜表面的大规模制备方法 | |
| CN102615037A (zh) | 在镁合金基体上制备超疏水绿色薄膜的方法 | |
| CN110694875A (zh) | 一种获得阶梯层状结构的超疏水表面的方法 | |
| CN104789021A (zh) | 一种耐中高温地热环境的有机-无机复合防腐涂层及其制备方法 | |
| CN102310037B (zh) | 一种制备超疏水着色铝合金的方法 | |
| Zheng et al. | Heating repairable superamphiphobic coatings for long-lasting antifouling application | |
| CN101934268A (zh) | 一种镁合金表面超疏水耐腐蚀功能膜的制备方法 | |
| CN110564229B (zh) | 一种快速制备铜/聚四氟乙烯超双疏性涂层的方法 | |
| CN113215627A (zh) | 一种在不锈钢表面制备超疏水硫化锌涂层的方法 | |
| CN101367079A (zh) | 金属材料表面处理方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |