CN113182698A - 一种SiCp/Al复合材料超疏水功能表面的制备方法 - Google Patents

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易香怀
李典雨
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Abstract

本发明公开了一种SiCp/Al复合材料超疏水功能表面的制备方法，采用紫外激光刻蚀和盐酸腐蚀相结合的方法与步骤，在SiCp/Al复合材料表面构建出具有激光刻蚀有序微槽和盐酸腐蚀无序组织相结合的二级复合微结构的超疏水功能表面。该制备方法简单、有效，且所制备的功能表面具有较好的超疏水性能以及较弱的粘附性，为提高SiCp/Al复合材料服役性能提供了一条有效途径。

Description

一种SiCp/Al复合材料超疏水功能表面的制备方法
技术领域
本发明属于功能表面制备领域，尤其是涉及一种SiCp/Al复合材料超疏水功能表面的制备方法。
背景技术
近年来，SiC颗粒增强铝基复合材料(SiCp/Al)以其高强度、刚度、耐磨性等优异性能，在飞机机身、先进武器制造以及航空发动机等领域的应用日趋广泛。然而，SiCp/Al复合材料在潮湿环境或腐蚀介质中易受到侵蚀，降低了装备的使用寿命与服役期限。提高SiCp/Al复合材料表面的疏水性能，可减少其与水、盐雾等腐蚀性介质的相互作用，增强其耐腐蚀性能；同时，疏水表面也具有自清洁、防污、流动减阻等优点。因此，发展SiCp/Al复合材料超疏水功能表面的制备方法，在SiCp/Al复合材料上制备具有超疏水性能的功能表面，成为提高其服役性能的有效途径之一。
发明内容
本发明旨在提供一种SiCp/Al复合材料超疏水功能表面的制备方法，所采取的技术方案是，结合图1，所述方法包括以下步骤：
步骤一、将具有一定SiC粒径的SiCp/Al基片采用砂纸打磨之后，置于无水乙醇中通过超声波辅助清洗一定时间，接着放入烘箱中干燥一定时间。
步骤二、采用紫外激光器在基片表面，以一定的刻蚀参数进行刻蚀，在基片表面刻蚀出具有一定宽度、间距与深度的微槽，并采用与步骤一相同的清洗与烘干方法及时间。
步骤三、将刻蚀后的基片置于一定浓度的盐酸溶液中腐蚀一定时间，同时采用磁力搅拌器，以一定的转速对溶液进行搅拌，以保证腐蚀的均匀性；腐蚀完成后，将基片依次采用无水乙醇和去离子水，通过超声波辅助清洗一定时间；清洗完成后，放入烘箱中干燥一定时间，完全烘干的基片置于一定浓度的FAS/乙醇溶液中浸泡一定时间；最后，基片在一定温度、常压下干燥一定时间，功能表面制备完成。
本发明的有益效果是：采用紫外激光刻蚀和盐酸腐蚀相结合的方法，在SiCp/Al复合材料表面构建出具有激光刻蚀有序微槽和盐酸腐蚀无序组织相结合的二级复合微结构的超疏水功能表面；制备方法简单、有效，且所制备的功能表面具有较好的超疏水性能以及较弱的粘附性。
附图说明
图1是本发明SiCp/Al复合材料超疏水功能表面制备方法的示意图；图2是本发明实施例中C10、C40、C80、Y10四块基片表面微观形貌的SEM照片；图3是本发明实施例中C10、C40、C80、Y10四块基片表面的接触角CA与滚动角SA测量结果。
具体实施方式
参见附图1，一种SiCp/Al复合材料超疏水功能表面的制备方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一、将具有一定SiC粒径的SiCp/Al基片采用砂纸打磨之后，置于无水乙醇中通过超声波辅助清洗一定时间，接着放入烘箱中干燥一定时间。
步骤二、采用紫外激光器在基片表面，以一定的刻蚀参数进行刻蚀，在基片表面刻蚀出具有一定宽度、间距与深度的微槽，并采用与步骤一相同的清洗与烘干方法及时间。
步骤三、将刻蚀后的基片置于一定浓度的盐酸溶液中腐蚀一定时间，同时采用磁力搅拌器，以一定的转速对溶液进行搅拌，以保证腐蚀的均匀性；腐蚀完成后，将基片依次采用无水乙醇和去离子水，通过超声波辅助清洗一定时间；清洗完成后，放入烘箱中干燥一定时间，完全烘干的基片置于一定浓度的FAS/乙醇溶液中浸泡一定时间；最后，基片在一定温度、常压下干燥一定时间，功能表面制备完成。
在本发明的一个实施例中，将SiCp/Al基片依次采用400#、600#砂纸打磨之后，置于无水乙醇中通过超声波辅助清洗10min，接着放入烘箱中干燥20min；其中，基片的SiC含量为40％，粒径均值分别为10、40、80μm，尺寸为20mm×30mm×2mm。
采用紫外激光器(HT-UV-5W，大族激光)在基片表面进行刻蚀，刻蚀参数如表1所示，微槽的宽度、间距、深度分别设置为50、60、65μm，清洗与烘干方法同步骤一。
表1激光刻蚀参数
Figure BDA0003062055480000031
将刻蚀后的基片置于33wt.％盐酸溶液中进行腐蚀，同时采用磁力搅拌器(R-A，中国上海)对溶液进行搅拌(120r/min)，以保证腐蚀的均匀性，腐蚀时间为15S；腐蚀完成后，将基片依次采用无水乙醇和去离子水，通过超声波辅助清洗10min；清洗完成后，放入烘箱中干燥20min，完全烘干的基片置于1wt.％FAS/乙醇溶液中浸泡40min；最后，基片在80℃、常压下干燥20min，功能表面制备完成。
参见附图2至图3，为进一步说明本实施例方法的有效性，将33wt.％盐酸溶液腐蚀15s后的三种粒径基片以及未经任何处理基片分别标记为：C10、C40、C80、Y10(数字代表粒径)，并分别进行以下检测：(1)采用扫描电子显微镜SEM(FEI Quanta-200，荷兰)对基片功能表面的微观形貌进行测量；(2)采用接触角仪(JC2000D4F，中国上海)测量基片功能表面的接触角(Contact Angle，CA)与滚动角(Sliding Angle，SA)；其中，前者采用静滴法测量；后者通过将液滴置于水平放置的试样上，倾斜基片直至液滴滚动测得；液滴体积均约为3.3μl，测量结果取5个位置的平均值。
C10、C40、C80、Y10四块基片的检测结果如下：(1)图2为四块基片的SEM照片。其中，Y10试样表面较为光滑，未见SiC颗粒突出，且存在抛光划痕。C10、C40、C80基片功能表面则存在多级微结构，将尺度较大的有序微槽定为Ⅰ级微结构，其余尺度较小的无序组织定为Ⅱ级微结构。有序微槽由激光刻蚀产生；无序组织主要由盐酸腐蚀产生，盐酸腐蚀使得表面的金属Al产生了不规则凸起、凹坑、片状物，并使SiC颗粒裸露出来，这些杂乱无序微小结构与组织共同构成了Ⅱ级微结构。
(2)图3为四块基片表面的接触角CA与滚动角SA。其中，Y10的接触角CA为78.6°，且翻转180°后水滴仍未滚动，其滚动角SA定为180°，具有较强的亲水性与粘附性。C10、C40、C80基片功能表面的接触角CA增至164°左右，滚动角SA<1°，且各试样间CA、SA值相差较小，故其表面具有较好的超疏水性(CA>150°)以及较弱的粘附性(SA<10°)。
综上所述，与未经任何处理基片相比，采用本发明提出的紫外激光刻蚀和盐酸腐蚀相结合的制备方法，在SiCp/Al复合材料基片上构建出具有激光刻蚀有序微槽和盐酸腐蚀无序组织相结合的二级复合微结构的功能表面；该制备方法简单、有效，且所制备的功能表面具有较好的超疏水性能以及较弱的粘附性。
上述具体实施方式阐明的内容应当理解为该具体实施方式仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (1)

1.一种SiCp/Al复合材料超疏水功能表面的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤一、将具有一定SiC粒径的SiCp/Al基片采用砂纸打磨之后，置于无水乙醇中通过超声波辅助清洗一定时间，接着放入烘箱中干燥一定时间；
步骤二、采用紫外激光器在基片表面，以一定的刻蚀参数进行刻蚀，在基片表面刻蚀出具有一定宽度、间距与深度的微槽，并采用与步骤一相同的清洗与烘干方法及时间；
步骤三、将刻蚀后的基片置于一定浓度的盐酸溶液中腐蚀一定时间，同时采用磁力搅拌器，以一定的转速对溶液进行搅拌，以保证腐蚀的均匀性；腐蚀完成后，将基片依次采用无水乙醇和去离子水，通过超声波辅助清洗一定时间；清洗完成后，放入烘箱中干燥一定时间，完全烘干的基片置于一定浓度的FAS/乙醇溶液中浸泡一定时间；最后，基片在一定温度、常压下干燥一定时间，功能表面制备完成。
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