CN115505926A - 具有强稳定性的超滑表面复合涂层及制备方法、涂层结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有强稳定性的超滑表面复合涂层及制备方法、涂层结构，用以解决超滑表面涂层由于材料的限制导致机械强度较弱以及现有涂层存在的与基体结合力强度不足、耐磨、耐冲击性较低的技术问题。本发明提供的一种具有强稳定性超滑表面的复合涂层，包括由下至上依次设置的基体、涂层以及自润滑层；涂层为第一润滑液和高分子聚合物混合固化而成的高分子材料，且高分子材料分子间隙内储存有第二润滑液；涂层内部朝向基体的方向贯穿设置有多个支撑体；支撑体为金属微柱，其一端与基体上表面连接，另一端与自润滑层下表面连接，为原本机械强度很低的涂层提供了强度支撑，使其能够保持超滑性能，又具有很高的机械强度。
Description
技术领域
本发明涉及涂层结构，尤其涉及一种具有强稳定性的超滑表面复合涂层及制备方法、涂层结构。
背景技术
随着技术的发展，涂层的种类越来越多，常见的涂层如防锈漆、乳胶漆、耐磨漆、反光漆等，种类繁多，这些涂层多数是通过粘接力附着在基体上，其与基体结合力强度千差万别，且耐磨、耐冲击性能较低，常常见到以片状形式脱落，影响其使用的耐久性。
其中，超滑表面涂层是一种受猪笼草启发，通过在材料表面构建一层多孔网状结构，向多孔网状结构内注入润滑液，润滑液会存储在多孔网状结构内部，并在表面形成一层润滑层的涂层结构。超滑表面涂层通过润滑层来提升材料表面的滑动性。
目前在金属材料上制备超滑表面的策略主要有两种，第一种是直接在基体材料表面制备多孔结构，进行低表面能处理后，再在多孔结构中灌注润滑液层，实现超滑表面。此种策略能够存储的润滑液较为有限，在长时间的使用后润滑液会逐步流失，从而不再能支撑表面的超滑性能。第二种是在金属表面制备聚合物超滑表面涂层，又称为自分泌超滑表面。自分泌超滑表面涂层能够在聚合物涂层内部存储大量润滑液，在表面润滑液层受到损失时，能够不断地从涂层内部分泌润滑液层至表面，恢复超滑性能。但是，这种自分泌超滑表面涂层的由于材料的限制，具有很弱的机械强度，涂层本身非常容易受到外力的破坏，从而失去超滑性能。
发明内容
本发明的目的在于解决现有的涂层存在的与基体结合力强度不足、耐磨、耐冲击性较低以及超滑表面涂层由于材料的限制导致机械强度较弱的技术问题，而提供一种具有强稳定性的超滑表面复合涂层及制备方法、涂层结构。
为了实现上述目的，本发明的技术解决方案为：
一种具有强稳定性的超滑表面复合涂层，其特殊之处在于，包括由下至上依次设置的基体、涂层和以及自润滑层；
所述基体为金属基体；
所述涂层为第一润滑液和高分子聚合物混合固化而成的高分子材料，且高分子材料分子间隙内储存有第二润滑液，用于使第二润滑液从高分子材料分子间隙内渗出在涂层表面形成自润滑层；
所述涂层内部朝向基体的方向贯穿设置有多个支撑体；
所述支撑体为金属微柱，其一端与基体上表面连接，另一端与自润滑层下表面连接，用于为高分子材料的涂层提供很好的强度支撑。
进一步地，所述支撑体为圆柱状，支撑体的外径由连接自润滑层的一端向连接基体的一端逐渐减小设置，使支撑体为上大下小的结构。
进一步地，所述支撑体连接自润滑层一端的外径为10-1000um，相邻两个支撑体在涂层上表面的间距范围为50-1000um。
进一步地，所述支撑体连接自润滑层一端的外径为50-400um；
所述多个支撑体呈阵列排布，相邻两个支撑体在涂层上表面的列间距为300-700um，行间距为100-500um。
进一步地，所述涂层为聚二甲基硅氧烷凝胶；
所述第一润滑液为粘度范围在100～500cps的第一硅油；
所述聚二甲基硅氧烷凝胶由第一硅油与聚二甲基硅氧烷按(0.7～2.0)：1的体积配比混合固化而成；
所述第二润滑液为粘度范围在5～100cps的第二硅油，且第二硅油的粘度小于第一硅油的粘度。
基于上述一种具有强稳定性的超滑表面复合涂层，本发明还提供了一种具有强稳定性的超滑表面复合涂层制备方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
1】将高分子预聚物与固化剂混合成高分子聚合物前驱体，高分子聚合物前驱体与第一润滑液混合，并搅拌均匀，得到液态的高分子材料；
2】在基体的上表面涂覆液态的高分子材料，固化后在基体的上表面形成高分子材料的涂层；
3】在涂层内部朝向基体的方向制备多个贯穿涂层的通孔，使通孔的一端位于基体的上表面；
4】将制备好通孔的涂层和基体浸入电沉积系统的电解液中进行电沉积，涂层的多个通孔内会形成金属单质，直至将所述通孔填满，形成相应的多个支撑体；
5】将制备好支撑体的涂层和基体进行干燥后，放置在第二润滑液中浸泡，使第二润滑液吸附在涂层的高分子材料分子间隙内；
6】取出后静置，第二润滑液从涂层的高分子材料分子间隙内渗出并在涂层表面形成自润滑层，得到具有强稳定性的超滑表面复合涂层。
进一步地，步骤3】具体为：
通过飞秒激光在涂层内部朝向基体的方向制备多个贯穿涂层的通孔，使通孔的一端位于基体的上表面；
所述通孔的上端孔径范围为10-1000um，相邻两个通孔在涂层上表面的间距范围为50-1000um。
进一步地，步骤3】中，所述通孔的上端孔径为50-400um；
所述多个通孔呈阵列排布，相邻两个通孔在涂层上表面的列间距为300-700um，行间距为100-500um。
进一步地，所述涂层为聚二甲基硅氧烷凝胶；
步骤1】具体为：
将聚二甲基硅氧烷预聚物与固化剂按(3～15)：1的体积比例混合成聚二甲基硅氧烷；
将粘度范围为100～500cps的第一硅油与所述聚二甲基硅氧烷以(0.7～2.0)：1的体积比例混合，搅拌均匀抽真空后获得聚二甲基硅氧烷混合溶液；
步骤5】具体为：
将制备好支撑体的涂层和基体进行干燥后，放置在粘度范围为5～100cps的第二硅油中浸泡，使第二硅油吸附在涂层的高分子材料分子间隙内；所述第二硅油的粘度小于第一硅油的粘度；
步骤6】具体为：
取出后静置，第二硅油从涂层的聚二甲基硅氧烷凝胶分子间隙内渗出，在涂层表面形成自润滑层，得到具有强稳定性的超滑表面复合涂层。
本发明还提供了另外一种具有强稳定性的超滑表面复合涂层制备方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
1】在基体上表面均匀涂覆一层掩膜，并进行干燥；
2】在掩膜内朝向基体的方向上制备多个贯穿掩膜的通孔，使通孔的一端位于基体(1)的上表面；
3】将在掩膜内制备好通孔的基体整体浸入电沉积系统的电解液中进行电沉积，掩膜的多个通孔内会形成金属单质，直至将所述通孔填满，形成多个支撑体；
4】去除基体表面的掩膜，获得基体上表面沉积的多个支撑体；
5】将高分子预聚物与固化剂混合成高分子聚合物前驱体，高分子聚合物前驱体与第一润滑液混合，并搅拌均匀，得到液态的高分子材料；
6】将步骤5】制备好的液态的高分子材料填充在步骤4】获得的基体上表面的多个支撑体间隙内，液态的高分子材料固化后在基体上表面形成包裹了支撑体的高分子材料的涂层；
7】将步骤6】制备好支撑体的涂层和基体进行干燥后，放置在第二润滑液中浸泡，使第二润滑液吸附涂层的高分子材料分子间隙内；
8】取出后静置，第二润滑液渗出并在涂层表面形成自润滑层，得到具有强稳定性的超滑表面复合涂层。
进一步地，步骤2】具体为：
通过飞秒激光在掩膜内部朝向基体的方向制备多个贯穿掩膜的通孔，使通孔的一端位于基体的上表面；
所述通孔的上端孔径范围为10-1000um，相邻两个通孔在涂层上表面的间距范围为50-1000um。
进一步地，步骤2】中，所述通孔的上端孔径为50-400um；
所述多个通孔呈阵列排布，相邻两个通孔在涂层上表面的列间距为300-700um，行间距为100-500um。
进一步地，步骤1】中，所述掩膜为可溶性高分子材料。
进一步地，所述涂层为聚二甲基硅氧烷凝胶；
步骤5】具体为：
将聚二甲基硅氧烷预聚物与固化剂按(3～15)：1的体积比例混合成聚二甲基硅氧烷；
将粘度范围为100～500cps的第一硅油与所述聚二甲基硅氧烷以(0.7～2.0)：1的体积比例混合，搅拌均匀抽真空后获得聚二甲基硅氧烷混合溶液；
将步骤7】具体为：
将制备好的复合涂层进行干燥后，放置在粘度范围为5～100cps的第二硅油中浸泡，使第二硅油吸附在涂层的高分子材料分子间隙内；所述第二硅油的粘度小于第一硅油的粘度；
步骤8】具体为：
取出后静置，第二硅油从涂层的聚二甲基硅氧烷凝胶分子间隙内渗出渗出，在涂层表面形成自润滑层，得到具有强稳定性的超滑表面复合涂层。
本发明还提供了一种具有强稳定性的涂层结构，其特殊之处在于，包括基体和设置在基体上表面的涂层；
所述涂层内部朝向基体上表面的方向设置有多个支撑体；支撑体靠近基体的一端与基体上表面连接，为涂层提供很好的强度支撑。
进一步地，所述支撑体的高度大于等于涂层的厚度。
进一步地，还包括自润滑层；
所述基体内部设置有储液腔和微通道，微通道的一端连通储液腔，另一端位于所述基体的上表面；
所述储液腔内储存有润滑液，润滑液通过微通道和涂层的分子间隙扩散至涂层上表面，形成自润滑层。
进一步地，还包括自润滑层；
所述基体内部设置有储液腔和与其连通的微通道一；涂层内部设置有与微通道一连通的微通道二；微通道二的另一端位于涂层的上表面；
所述的储液腔内储存有润滑液，润滑液通过微通道一和微通道二扩散至涂层上表面，形成自润滑层。
进一步地，所述微通道二为中空结构的支撑体。
进一步地，所述基体内部设置输液管，输液管的一端连通储液腔，另一端位于基体侧表面；
所述输液管位于基体侧表面的端口处设置有连接头，用于向储液腔内部补充液体或气体。
进一步地，所述相邻两个支撑体之间交叉连接设置，形成网状的支撑体结构。
本发明相比于现有技术的有益效果为：
1、本发明提供的一种具有强稳定性的超滑表面复合涂层，在涂层中朝向于基体的方向设置有多个支撑体，通过多个支撑体为原本机械强度很低的高分子材料涂层提供了很好的强度支撑，高分子材料的涂层和支撑体的结合既能够使复合涂层保持自分泌结构的完整性，存储大量润滑液保持超滑性能，又具有很高的机械强度，能够应对各种外力的干扰，比如摩擦、冲击、划伤等，显著提高了复合涂层的耐久性，延长了复合涂层在严苛环境中的使用寿命。
2、本发明提供的一种具有强稳定性的超滑表面复合涂层，在涂层上表面设置了自润滑层，可以进一步提高复合涂层的润滑性能。
3、本发明提供的一种具有强稳定性的超滑表面复合涂层，将多个支撑体设置为上大下小的结构，由于支撑体与基体为一体式结构，增加了涂层与基体连接的面积，使高分子材料的涂层更牢固的粘附在基体上。
4、本发明提供的一种具有强稳定性的超滑表面复合涂层制备方法，在涂层或掩膜中制备多个通孔，并利用涂层或掩膜的绝缘性和金属材质基体的导电性在涂层或掩膜中的通孔中沉积出相应的多个金属微柱的支撑体，本方法制备的支撑体一端可根植于基体上表面，为原本机械强度很低的高分子材料涂层提供强度支撑。
5、本发明提供一种具有强稳定性的涂层结构，由于涂层内部嵌入了支撑体结构，支撑体与涂层紧密贴合，从而在涂层受到挤压、摩擦、剥离等作用力时，支撑体可以承受其中大部分作用力，从而大大提高了涂层的耐冲击性、耐摩擦性和耐剥离性，大大延长了涂层的使用寿命。
6、本发明提供的一种具有强稳定性的涂层结构，基体中设置有储液腔，储液腔内部的液体或气体进入涂层内部，使一些功能材料具有较长的使用寿命，且储液腔通过输液管与基体外部连通，还可以进一步补充储液腔内部的液体流失，从而使涂层长期保持需要的特性，填补了涂层结构此类产品的空白。
附图说明
图1为本发明实施例二的一种具有强稳定性的超滑表面复合涂层制备方法工艺流程图(未显示步骤1)；
图2为本发明实施例二制备方法中电沉积的示意图；
图3为本发明实施例八的一种具有强稳定性的超滑表面复合涂层制备方法工艺流程图(未显示步骤5和步骤7)；
图4为本发明实施例十三的一种具有强稳定性的涂层结构示意图；
图5为本发明实施例十四的一种具有强稳定性的涂层结构示意图。
具体附图标记为：
1-基体；2-涂层；3-支撑体；4-自润滑层；5-储液腔；6-输液管；7-连接头。
具体实施方式
为使本发明的优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例一
一种具有强稳定性的超滑表面复合涂层，包括金属材质的基体1，设置在基体1上表面的涂层2以及设置在涂层2上表面的自润滑层4。涂层2内部朝向基体1的方向贯穿设置有多个呈阵列分布的支撑体3。支撑体3设置为金属微柱，且其高度与涂层2高度相同，支撑体3靠近基体1的一端与基体1的上表面连接，另一端与自润滑层4的下表面连接。在其他实施例中，支撑体3的高度也可以略高于涂层2的高度。涂层2为第一润滑液和高分子聚合物混合固化形成的高分子材料，且高分子材料分子间隙内储存有第二润滑液，用于使第二润滑液从高分子材料分子间隙内渗出在涂层2表面形成自润滑层4；本实施例中的涂层2为聚二甲基硅氧烷凝胶(S-PDMS)，其由粘度为350cps的第一硅油与聚二甲基硅氧烷(PDMS)按体积配比为0.9：1混合固化而成，在其他涂层2为聚二甲基硅氧烷凝胶的实施例中，也可以使用粘度范围为100～500cps的第一硅油与聚二甲基硅氧烷按体积配比为(0.7-2.0)：1混合固化而成。本发明中的涂层2也可以采用其他高分子材料层，例如其他高分子硅凝胶，或者丙烯酰胺水凝胶、聚乙烯醇水凝胶或纤维素水凝胶等水凝胶，其均为亲润滑液材料，分子间隙内可吸收储存第二润滑液。其中，水凝胶里的第一润滑液和第二润滑液均为去离子水，且水凝胶分子间隙内储存的去离子水渗出后会在水凝胶表面形成一层自润滑层4。本实施例中的聚二甲基硅氧烷凝胶为亲润滑液材料，将其浸泡在第二润滑液中，可以使其分子间隙内储存大量的第二润滑液，以保证第二润滑液可以渗出，并在聚二甲基硅氧烷凝胶表面形成一层自润滑层4。本实施例中的第二润滑液选择粘度范围在50cps的第二硅油，在本发明的其他实施例中第二硅油的粘度可以在5～100cps的粘度范围内进行选取，在粘度选择时需要保证第二硅油的粘度小于第一硅油的粘度。在本发明的其他实施例中也可以选择液体石蜡等作为第二润滑液。本实施例在实际使用过程中，当第二硅油含量达到聚二甲基硅氧烷的存储能力时，吸附在聚二甲基硅氧烷凝胶分子间隙内的第二硅油会自发渗出，在聚二甲基硅氧烷凝胶表面形成一层自润滑层，同时自润滑层会吸附聚二甲基硅氧烷凝胶分子间隙中的第二硅油，直至第二硅油低于最低的吸附浓度，第二硅油不能释放；但由于聚二甲基硅氧烷凝胶未凝固前是一种直链型硅油，其也具有一定的润滑性，因此在使用中，即使以第二硅油为主的自润滑层4被完全消耗了，基体1表面覆盖的聚二甲基硅氧烷凝胶仍具有疏液性和润滑性。本发明中支撑体3优选设置为圆柱状，其连接自润滑层4一端的外径通常设置为10-1000um，相邻两个支撑体3在涂层2上表面的间距范围为50-1000um，为了进一步提高涂层2的机械支撑强度，本实施例中的多个支撑体3呈阵列排布，，支撑体3连接自润滑层一端的外径为100um，相邻两个支撑体3在涂层2上表面的列间距为588um，行间距为235um。
聚二甲基硅氧烷凝胶形成的涂层2与阵列分布的支撑体3结合，既能够使涂层2保持自分泌结构的完整性，存储大量第二润滑液保持超滑性能，又具有很高的机械强度，能够应对各种外力的干扰，比如摩擦、冲击、划伤等。
实施例二
基于实施例一的一种具有强稳定性的超滑表面复合金属涂层，实施例二提供了一种具有强稳定性的超滑表面复合金属涂层制备方法，如图1所示，具体包括以下步骤：
1】将聚二甲基硅氧烷与固化剂按8：1的体积比例混合成聚二甲基硅氧烷前驱体，聚二甲基硅氧烷前驱体与粘度为350cps的第一硅油以0.9：1的体积比例混合，并充分搅拌抽真空，获得聚二甲基硅氧烷混合溶液。在本发明的其他实施例中，聚二甲基硅氧烷与固化剂的体积比可以为(3～15)：1，聚二甲基硅氧烷前驱体与第一硅油的体积比可以为(0.7～2.0)：1，具体的取值可以根据使用要求和三者的选择参数进行调整。
2】在基体1的上表面涂覆制备好的聚二甲基硅氧烷混合溶液，聚二甲基硅氧烷混合溶液固化，在基体1的上表面形成聚二甲基硅氧烷凝胶，即涂层2。其中，聚二甲基硅氧烷混合溶液的固化过程可优选85℃以上的高温进行，而且为了保证聚二甲基硅氧烷凝胶和基体1上表面的粘附效果，本实施例在基体1上表面涂覆聚二甲基硅氧烷混合溶液之前，需要对基体1表面进行清洗、打磨抛光，使其表面光滑，没有污染物。
3】利用飞秒激光在涂层2上表面进行烧蚀扫描，优选的，将飞秒激光扫描设置为微孔阵列的烧蚀扫描，使涂层2内部朝向基体1的方向上烧蚀出多个呈阵列排布且贯穿涂层2的通孔。本发明中通孔的上端孔径大小范围为10-1000um，相邻两个通孔的间距范围为50-1000um；为了保证更好的强度支撑效果，通孔的孔径和相邻两个通孔在涂层2上表面的间距越小越好，但同时需要结合涂层2中聚二甲基硅氧烷凝胶的特性和飞秒激光的烧蚀工艺来确定，优选的，本实施例中通孔的上端孔径为100um，相邻两个通孔在涂层2上表面的列间距为588um，行间距为235um。在其他实施例中，如需要烧蚀不同大小的通孔或上下大小不一的通孔，可以通过对飞秒激光进行设置来实现。
4】如图2所示，将步骤3】制备好涂层2和通孔的基体1整体浸入电沉积系统的电解液中，金属材质的基体1与电沉积系统的阴极相连接，阳极为与电解液中金属离子对应的金属材料，阳极的金属材料与电解液中的金属离子同质，因此，电解液中的金属离子会在位于阴极的、呈阵列排布的通孔底部的基体1上表面得到电子还原形成金属单质，使沉积的金属单质与金属材质的基体1上表面连接为一体，并且金属单质沿着飞秒激光烧蚀的通孔内部生长，直至将通孔填满，涂层2内形成呈阵列排布的金属微柱，即形成多个呈阵列排布的支撑体3；涂层2未被烧蚀的部位由于其绝缘性而不能进行沉积，因此，呈阵列排布的支撑体3通过通孔“镶嵌”在涂层2中。优选的，为了加快沉积的速度，沉积时使用气泡或者磁力珠对电解液进行充分搅拌。
5】将制备好支撑体3的复合涂层进行干燥后，整体放置在粘度为50cps的第二硅油中浸泡24小时以上，在本发明的其他实施例中也可以使用粘度范围在5～100cps的第二硅油进行浸泡，第二硅油的粘度不能高于第一硅油的粘度。使第二硅油吸附在聚二甲基硅氧烷凝胶的分子间隙内，浸泡完成后取出，聚二甲基硅氧烷凝胶分子间隙内低粘度的第二硅油会自发渗出在聚二甲基硅氧烷凝胶表面形成自润滑层4，得到具有强稳定性的超滑表面复合涂层。
实施例三
本实施例与实施例二的制作方法基本相同，其区别在于第一硅油的粘度为100，第一硅油与聚二甲基硅氧烷的体积比1.4：1，第二硅油粘度为10，相邻两个通孔在涂层2上表面的列间距为833um，行间距为333um。
实施例四
本实施例与实施例二的制作方法基本相同，其区别在于第一硅油的粘度为250，第一硅油与聚二甲基硅氧烷的体积比1.1：1，第二硅油粘度为35，相邻两个通孔在涂层2上表面的列间距为380um，行间距为150um。
实施例五
本实施例与实施例二的制作方法基本相同，其区别在于第一硅油的粘度为400，第一硅油与聚二甲基硅氧烷的体积比0.7：1，第二硅油粘度为75，相邻两个通孔在涂层2上表面的列间距为476um，行间距为194um。
实施例六
本实施例与实施例二的制作方法基本相同，其区别在于第一硅油的粘度为500，第一硅油与聚二甲基硅氧烷的体积比0.4：1，第二硅油粘度为100，相邻两个通孔在涂层2上表面的列间距为340um，行间距为136um。
表1实施例三-实施例六中各参数具体数值表
表1为实施例三-实施例六中第一硅油的粘度、第一硅油与聚二甲基硅氧烷的体积比以及第二硅油粘度的各参数具体数值，可以看出，本发明在配制聚二甲基硅氧烷混合溶液时，第一硅油的粘度选择与第一硅油的用量比具有相关性。本发明中第一硅油的粘度范围为100～500cps，当第一硅油的粘度选择较低，配制聚二甲基硅氧烷混合溶液时第一硅油的体积会比较大，同样的，第一硅油的粘度选择较高，配制聚合物溶液时第一硅油的体积会比较小。配制聚二甲基硅氧烷混合溶液一般按照第一硅油和聚二甲基硅氧烷为(0.1-1.5)：1的体积比例混合，具体的，当第一硅油的粘度为100～200cps时，第一硅油与聚二甲基硅氧烷的混合体积比例设置为(1.2～1.5):1效果会更好；当第一硅油粘度为200～400cps时，第一硅油与聚二甲基硅氧烷的混合体积比例设置为(0.5～1.2):1效果更好；而当第一硅油的粘度为400～500cps时，第一硅油和聚二甲基硅氧烷的混合体积比例设置为(0.1～0.5):1效果会较好；当第一硅油的粘度大于500cps时，粘度过大，在制备聚二甲基硅氧烷混合溶液时很难进行搅拌混合，而且固化后的涂层韧性差，容易破损。另外，通过表1可以看出，相邻两个通孔在涂层2上表面的列间距和行间距的取值正相关，通过对相邻两个通孔在涂层2上表面的列间距和行间距的合适取值，可以使支撑体3的支撑强度达到最优。
实施例七
本实施例提供的一种具有强稳定性的超滑表面复合涂层，与实施例一的区别在于支撑体3的外径由连接自润滑层4的一端向连接基体1的一端逐渐减小设置，使多个支撑体3均呈上大下小的结构。本实施例除了实施例一的效果外，支撑体3连接基体1上表面的一端外径设置较小，可以增加涂层2与基体1上表面的接触面积，使涂层2更牢固的粘附在基体1上表面。
实施例八
基于实施例七的一种具有强稳定性的超滑表面复合涂层，本发明还提供了一种具有强稳定性的超滑表面复合涂层制备方法，如图3所示，具体包括以下步骤：
1】在基体1上表面均匀涂覆一层掩膜，并进行干燥；本发明中的掩膜采用可去除的掩膜，优选的，本实施例中的掩膜为液体石蜡，在其他实施例中也可以选择其他的可溶性高分子材料。为了更好的涂覆和保证涂覆的效果，在涂覆前，需要对基体1表面进行清洗、打磨抛光，使其表面光滑，没有污染物。
2】利用飞秒激光在涂覆有掩膜的基体1上表面进行烧蚀扫描，优选的，将飞秒激光扫描设置为微孔阵列的烧蚀扫描，在掩膜内朝向基体1的方向上烧蚀出多个呈阵列排布且贯穿掩膜的通孔。由于掩膜具有一定厚度，一般在几百微米左右，飞秒激光在从掩膜表面向下烧蚀时，激光与掩膜的作用位置会逐渐脱离焦点，能量逐渐减弱，因此烧蚀的通孔形状为喇叭口形状，即上大下小的结构。其中，在飞秒激光烧蚀时，设置烧蚀的通孔的上端孔径大小范围为10-1000um，相邻两个通孔在涂层2上表面的间距范围为50-1000um；为了保证更好的强度支撑效果，通孔的上端孔径和相邻两个通孔的间距越小越好，但同时需要结合后期涂层2的特性和飞秒激光的烧蚀工艺来确定，优选的，本实施例中通孔的上端孔径为100um，相邻两个通孔在涂层2上表面的列间距为588um，行间距为235um。
3】将步骤2】在掩膜中制备好通孔的基体1整体浸入电沉积系统的电解液中，金属材质的基体1与电沉积系统的阴极相连接，阳极为与电解液中金属离子对应的金属材料，阳极的金属材料与电解液中的金属离子同质，因此，电解液中的金属离子会在位于阴极的、呈阵列排布的通孔底部的基体1上表面得到电子还原形成金属单质，使沉积的金属单质与基体1上表面连接为一体，并且金属单质沿着飞秒激光烧蚀的通孔内部生长，直至将通孔填满，掩膜内形成多个呈阵列排布的金属微柱，即形成多个呈阵列排布的支撑体3，由于通孔为上大下小的结构，因此在通孔内沉积的金属微柱也为上大下小的结构；掩膜未被烧蚀的部位由于其绝缘性而不能进行沉积，因此，呈阵列排布的金属微柱，即支撑体3通过通孔“镶嵌”在掩膜中。优选的，沉积时使用气泡或者磁力珠对电解液进行充分搅拌，可以加快沉积的速度。
4】去除基体1表面的掩膜，获得基体1及基体1上表面沉积的多个金属微柱，即支撑体3。其中，去除掩膜的方式有很多，包括用溶剂去除、加热去除以及激光扫描去除等多种去除方式，本实施例中采用溶剂去除。
5】将聚二甲基硅氧烷与固化剂按8：1的体积比例混合成聚二甲基硅氧烷前驱体，聚二甲基硅氧烷前驱体与粘度为350cps的第一硅油以0.9：1的体积比例混合，并充分搅拌抽真空，获得聚二甲基硅氧烷混合溶液。在本发明的其他实施例中，聚二甲基硅氧烷与固化剂的体积比可以为(3～15)：1，聚二甲基硅氧烷前驱体与第一硅油的体积比可以为(0.7～2.0)：1，具体的取值可以根据使用要求和三者的选择参数进行调整。
6】将步骤5】制备好的聚二甲基硅氧烷混合溶液填充在步骤4】获得的基体1上表面的多个金属微柱的之间的间隙内，聚二甲基硅氧烷混合溶液固化后在基体1上表面形成包裹了金属微柱的高分子材料涂层，即包裹了支撑体3的涂层2。
7】将步骤6】制备好支撑体3的涂层2和基体1进行干燥后，整体放置在粘度为50cps的第二硅油中浸泡24小时以上，在本发明的其他实施例中也可以使用粘度范围在5～100cps的第二硅油进行浸泡，第二硅油的粘度不能高于第一硅油的粘度。使第二硅油吸附在聚二甲基硅氧烷凝胶的分子间隙内，浸泡完成后取出，聚二甲基硅氧烷凝胶分子间隙内低粘度的第二硅油会自发渗出在聚二甲基硅氧烷凝胶表面形成自润滑层4，得到具有强稳定性的超滑表面复合涂层。
实施例九
本实施例与实施例八的制作方法基本相同，其区别在于第一硅油的粘度为100，第一硅油与聚二甲基硅氧烷的体积比1.4：1，第二硅油粘度为10，相邻两个通孔在涂层2上表面的列间距为833um，行间距为333um。
实施例十
本实施例与实施例八的制作方法基本相同，其区别在于第一硅油的粘度为250，第一硅油与聚二甲基硅氧烷的体积比1.1：1，第二硅油粘度为35，相邻两个通孔在涂层2上表面的列间距为380um，行间距为150um。
实施例十一
本实施例与实施例二的制作方法基本相同，其区别在于第一硅油的粘度为400，第一硅油与聚二甲基硅氧烷的体积比0.7：1，第二硅油粘度为75，相邻两个通孔在涂层2上表面的列间距为476um，行间距为194um。
实施例十二
本实施例与实施例二的制作方法基本相同，其区别在于第一硅油的粘度为500，第一硅油与聚二甲基硅氧烷的体积比0.4：1，第二硅油粘度为100，相邻两个通孔在涂层2上表面的列间距为340um，行间距为136um。
表2实施例九-实施例十二中各参数具体数值表
表2为实施例九-实施例十二中第一硅油的粘度、第一硅油与聚二甲基硅氧烷的体积比、第二硅油粘度以及相邻两个通孔在涂层2上表面的列间距和行间距的各参数具体数值，配置聚二甲基硅氧烷混合溶液时，各参数的选择和配置方法、相邻两个通孔在涂层2上表面的列间距和行间距的选择和取值均与本发明实施例二-实施例六均相同。
以上仅为本发明的一些优选实施例，在本发明的其他实施例中涂层2也可以使用其他高分子材料层，例如其他高分子的硅凝胶，以及丙烯酰胺水凝胶、聚乙烯醇水凝胶或纤维素水凝胶等水凝胶。制备方法中可以使用现有公开的配制方法获得相应液态的高分子材料。当涂层2为水凝胶时，由于制备时其分子间隙内已经储存有大量的去离子水，因此，也可以不对其进行浸泡，水凝胶分子间隙内的去离子水就可以自主渗出，在水凝胶表面形成自润滑层4。
本发明针对现有的超滑表面存储润滑液有限、机械强度低等特点，在涂层2或掩膜中制备多个通孔，并利用涂层2或掩膜的绝缘性和金属材质的基体1的导电性在涂层2或掩膜中多个通孔中沉积出相应的多个金属微柱，即多个支撑体3。多个支撑体3一端根植于基体1的上表面，为原本机械强度很低的高分子材料的涂层2提供强度支撑，两者有机组合，形成了涂层2与支撑体3的复合涂层，其即能够存储大量润滑液保持超滑性能，又具有很高的机械强度，可以适应实际使用情况下多种恶劣环境，应对各种外力的干扰，比如摩擦、冲击、划伤等，显著提高了涂层2高分子材料的耐久性，延长了复合涂层在严苛环境中的使用寿命。
实施例十三
如图4所示，一种具有强稳定性的涂层结构，包括基体1和设置在基体1上表面的涂层2；涂层2内部朝向基体1上表面的方向设置有多个呈阵列分布的支撑体3，用于提升涂层2的机械支撑强度。其中，支撑体3的高度至少为涂层2高度的四分之一，其可垂直固定于基体1上表面，也可倾斜固定于基体1上表面，本实施例中优选支撑体3的高度与涂层2的高度相同，支撑体3贯穿设置在涂层2中，其靠近基体1的一端与基体1上表面连接。由于支撑体3与基体1的一体式设置，同时也增大了涂层2和基体1之间的接触面积，大大提高了涂层2和基体1之间结合的牢固程度，从而有利于防止涂层2的脱落。同时，支撑体3可以选择金属材料、陶瓷材料、高分子材料等，通过选择合适的支撑体3材料，使其硬度和耐磨性高于涂层2的硬度和耐磨性，当有外力接触涂层时，支撑体3承受大部分外力带来的摩擦和冲击，以保护涂层2的结构完整；支撑体3的设置及材料选择，可以提高涂层2的牢固性，增加涂层2的耐摩擦性和耐冲击等性能，同时延长了涂层2的使用寿命。本实施例中涂层2采用高分子材料，由于金属的硬度和耐磨性高于高分子材料，支撑体3设置为多个金属的柱状结构，在本发明的其他实施例中支撑体3也可以设置为螺旋形结构等其他结构，当支撑体3设置为螺旋形结构时，支撑体3就具备一定的弹性，可以与涂层2在外界温度变化时共同伸缩形变；进一步地，相邻两个支撑体3相互之间交叉连接设置，从而形成网状的支撑体结构。
实施例十四
如图5所示，本实施例在实施例十三的基础上，还设置有自润滑层4。基体1内部设置有储液腔5和微通道，微通道的一端连通储液腔5，另一端位于基体1的上表面；储液腔5内储存有润滑液，润滑液通过微通道扩散至附着有涂层2的基体1上表面，并通过涂层2的分子或原子的间隙扩散至涂层2表面，形成自润滑层4。在其他实施例中，储液腔5内还可以储存功能液体或气体，根据储液腔5内的功能液体或气体的不同，结合涂层2不同的材料，可以实现多种功能，例如涂层2表面降温、或使涂层2表面光滑、亲水、疏水、亲油、疏油、防雾等功能，如具有超滑特性的涂层2，其需要硅油在涂层2表面附着，才能达到超滑的目的，当涂层2表面的硅油在使用中消耗掉后，基体1内部的储液腔5中的硅油就可以补充涂层2表面的硅油损失，从而保持涂层的超滑特性。基体1内部还设置有输液管6，输液管6的一端连通储液腔5，另一端位于基体1的侧表面，且输液管6位于基体1侧表面的端口设置有连接头7，通过连接头7，可以将更多的需要的液体或气体，通过输液管6输送到储液腔5中，这样可以保证涂层2表面具有的特殊功能长期有效。
实施例十五
本实施例提供的一种具有强稳定性的涂层结构与实施例十四的区别在于，基体1内部设置有储液腔5和与其连通的微通道一，涂层2内部设置有与微通道一连通的微通道二，微通道二的另一端位于涂层2的上表面。优选的，本实施例中支撑体3是中空结构，且与微通道一连通，即中空结构的支撑体3作为微通道二使用。储液腔5内储存有润滑液，润滑液通过微通道一和中空结构的支撑体3扩散至涂层2上表面，形成自润滑层4。
以上所述，仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对于本领域的普通专业技术人员来说，可以对上述实施例所记载的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所保护技术方案的范围。
Claims (21)
1.一种具有强稳定性的超滑表面复合涂层，其特征在于：包括由下至上依次设置的基体(1)、涂层(2)以及自润滑层(4)；
所述基体(1)为金属基体；
所述涂层(2)为第一润滑液和高分子聚合物混合固化而成的高分子材料，且高分子材料分子间隙内储存有第二润滑液；
所述涂层(2)内部朝向基体(1)的方向贯穿设置有多个支撑体(3)；
所述支撑体(3)为金属微柱，其一端与基体(1)上表面连接，另一端与自润滑层(4)下表面连接。
2.根据权利要求1所述的一种具有强稳定性的超滑表面复合涂层，其特征在于：
所述支撑体(3)为圆柱状，支撑体(3)的外径由连接自润滑层(4)的一端向连接基体(1)的一端逐渐减小设置。
3.根据权利要求1或2所述的一种具有强稳定性的超滑表面复合涂层，其特征在于：
所述支撑体(3)连接自润滑层(4)一端的外径为10-1000um，相邻两个支撑体(3)在涂层(2)上表面的间距范围为50-1000um。
4.根据权利要求3所述的一种具有强稳定性的超滑表面复合涂层，其特征在于：
所述支撑体(3)连接自润滑层(4)一端的外径为50-400um；
所述多个支撑体(3)呈阵列排布，相邻两个支撑体(3)在涂层(2)上表面的列间距为300-700um，行间距为100-500um。
5.根据权利要求4所述的一种具有强稳定性的超滑表面复合涂层，其特征在于：
所述涂层(2)为聚二甲基硅氧烷凝胶；
所述第一润滑液为粘度范围在100～500cps的第一硅油；
所述聚二甲基硅氧烷凝胶由第一硅油与聚二甲基硅氧烷按(0.7～2.0)：1的体积配比混合固化而成；
所述第二润滑液为粘度范围在5～100cps的第二硅油，且第二硅油的粘度小于第一硅油的粘度。
6.一种具有强稳定性的超滑表面复合涂层制备方法，用于制备权利要求1-5任一所述的具有强稳定性的超滑表面复合涂层，其特征在于，包括以下步骤：
1】将高分子预聚物与固化剂混合成高分子聚合物前驱体，高分子聚合物前驱体与第一润滑液混合，并搅拌均匀，得到液态的高分子材料；
2】在基体(1)的上表面涂覆液态的高分子材料，固化后在基体(1)的上表面形成高分子材料的涂层(2)；
3】在涂层(2)内部朝向基体(1)的方向制备多个贯穿涂层(2)的通孔；
4】将制备好通孔的涂层(2)和基体(1)浸入电沉积系统的电解液中进行电沉积，涂层(2)的多个通孔内会形成金属单质，直至将所述通孔填满，形成相应的多个支撑体(3)；
5】将制备好支撑体(3)的涂层(2)和基体(1)进行干燥后，放置在第二润滑液中浸泡，使第二润滑液吸附在涂层(2)的高分子材料分子间隙内；
6】取出后静置，第二润滑液从涂层(2)的高分子材料分子间隙内渗出并在涂层(2)表面形成自润滑层(4)，得到具有强稳定性的超滑表面复合涂层。
7.根据权利要求6所述的一种具有强稳定性的超滑表面复合涂层制备方法，其特征在于：
步骤3】具体为：
通过飞秒激光在涂层(2)内部朝向基体(1)的方向制备多个贯穿涂层(2)的通孔；
所述通孔的上端孔径范围为10-1000um，相邻两个通孔在涂层(2)上表面的间距范围为50-1000um。
8.根据权利要求7所述的一种具有强稳定性的超滑表面复合涂层制备方法，其特征在于：
步骤3】中，所述通孔的上端孔径为50-400um；
所述多个通孔呈阵列排布，相邻两个通孔在涂层(2)上表面的列间距为300-700um，行间距为100-500um。
9.根据权利要求6-8任一所述的一种具有强稳定性的超滑表面复合涂层制备方法，其特征在于：
所述涂层(2)为聚二甲基硅氧烷凝胶；
步骤1】具体为：
将聚二甲基硅氧烷预聚物与固化剂按(3～15)：1的体积比例混合成聚二甲基硅氧烷；
将粘度范围为100～500cps的第一硅油与所述聚二甲基硅氧烷以(0.7～2.0)：1的体积比例混合，搅拌均匀抽真空后获得聚二甲基硅氧烷混合溶液；
步骤5】具体为：
将制备好支撑体(3)的涂层(2)和基体(1)进行干燥后，放置在粘度范围为5～100cps的第二硅油中浸泡，使第二硅油吸附在涂层(2)的高分子材料分子间隙内；所述第二硅油的粘度小于第一硅油的粘度；
步骤6】具体为：
取出后静置，第二硅油从涂层(2)的聚二甲基硅氧烷凝胶分子间隙内渗出，在涂层(2)表面形成自润滑层(4)，得到具有强稳定性的超滑表面复合涂层。
10.一种具有强稳定性的超滑表面复合涂层制备方法，用于制备权利要求1-5任一所述的具有强稳定性的超滑表面复合涂层，其特征在于，包括以下步骤：
1】在基体(1)上表面均匀涂覆一层掩膜，并进行干燥；
2】在掩膜内朝向基体(1)的方向上制备多个贯穿掩膜的通孔；
3】将在掩膜内制备好通孔的基体(1)整体浸入电沉积系统的电解液中进行电沉积，掩膜的多个通孔内会形成金属单质，直至将所述通孔填满，形成多个支撑体(3)；
4】去除基体(1)表面的掩膜，获得基体(1)上表面沉积的多个支撑体(3)；
5】将高分子预聚物与固化剂混合成高分子聚合物前驱体，高分子聚合物前驱体与第一润滑液混合，并搅拌均匀，得到液态的高分子材料；
6】将步骤5】制备好的液态的高分子材料填充在步骤4】获得的基体(1)上表面的多个支撑体(3)间隙内，液态的高分子材料固化后在基体(1)上表面形成包裹了支撑体(3)的高分子材料的涂层(2)；
7】将步骤6】制备好支撑体(3)的涂层(2)和基体(1)进行干燥后，放置在第二润滑液中浸泡，使第二润滑液吸附涂层(2)的高分子材料分子间隙内；
8】取出后静置，第二润滑液渗出并在涂层(2)表面形成自润滑层(4)，得到具有强稳定性的超滑表面复合涂层。
11.根据权利要求10所述的一种具有强稳定性的超滑表面复合涂层制备方法，其特征在于：
步骤2】具体为：
通过飞秒激光在掩膜内部朝向基体(1)的方向制备多个贯穿掩膜的通孔；
所述通孔的上端孔径范围为10-1000um，相邻两个通孔在涂层(2)上表面的间距范围为50-1000um。
12.根据权利要求11所述的一种具有强稳定性的超滑表面复合涂层制备方法，其特征在于：
步骤2】中，所述通孔的上端孔径为50-400um；
所述多个通孔呈阵列排布，相邻两个通孔在涂层(2)上表面的列间距为300-700um，行间距为100-500um。
13.根据权利要求10-12任一所述的一种具有强稳定性的超滑表面复合涂层制备方法，其特征在于：
步骤1】中，所述掩膜为可溶性高分子材料。
14.根据权利要求13所述的一种具有强稳定性的超滑表面复合涂层制备方法，其特征在于：
所述涂层(2)为聚二甲基硅氧烷凝胶；
步骤5】具体为：
将聚二甲基硅氧烷预聚物与固化剂按(3～15)：1的体积比例混合成聚二甲基硅氧烷；
将粘度范围为100～500cps的第一硅油与所述聚二甲基硅氧烷以(0.7～2.0)：1的体积比例混合，搅拌均匀抽真空后获得聚二甲基硅氧烷混合溶液；
将步骤7】具体为：
将制备好的支撑体(3)的涂层(2)和基体(1)进行干燥后，放置在粘度范围为5～100cps的第二硅油中浸泡，使第二硅油吸附在涂层(2)的高分子材料分子间隙内；所述第二硅油的粘度小于第一硅油的粘度；
步骤8】具体为：
取出后静置，第二硅油从涂层(2)的聚二甲基硅氧烷凝胶分子间隙内渗出渗出，在涂层(2)表面形成自润滑层(4)，得到具有强稳定性的超滑表面复合涂层。
15.一种具有强稳定性的涂层结构，其特征在于：包括基体(1)和设置在基体(1)上表面的涂层(2)；
所述涂层(2)内部朝向基体(1)上表面的方向设置有多个支撑体(3)；支撑体(3)靠近基体(1)的一端与基体(1)上表面连接。
16.根据权利要求15所述的一种具有强稳定性的涂层结构，其特征在于：
所述支撑体(3)的高度等于或略高于涂层(2)的厚度。
17.根据权利要求16所述的一种具有强稳定性的涂层结构，其特征在于：
还包括自润滑层(4)；
所述基体(1)内部设置有储液腔(5)和微通道，微通道的一端连通储液腔(5)，另一端位于所述基体(1)的上表面；
所述储液腔(5)内储存有润滑液，润滑液通过微通道和涂层(2)的分子间隙扩散至涂层(2)上表面，形成自润滑层(4)。
18.根据权利要求16所述的一种具有强稳定性的涂层结构，其特征在于：
还包括自润滑层(4)；
所述基体(1)内部设置有储液腔(5)和与其连通的微通道一；涂层(2)内部设置有与微通道一连通的微通道二；微通道二的另一端位于涂层(2)的上表面；
所述的储液腔(5)内储存有润滑液，润滑液通过微通道一和微通道二扩散至涂层(2)上表面，形成自润滑层(4)。
19.根据权利要求18所述的一种具有强稳定性的涂层结构，其特征在于：
所述微通道二为中空结构的支撑体(3)。
20.根据权利要求17-19任一所述的一种具有强稳定性的涂层结构，其特征在于：所述基体(1)内部设置输液管(6)，输液管(6)的一端连通储液腔(5)，另一端位于基体(1)侧表面；
所述输液管(6)位于基体(1)侧表面的端口处设置有连接头(7)。
21.根据权利要求20所述的一种具有强稳定性的涂层结构，其特征在于:
所述相邻两个支撑体(3)之间交叉连接设置，形成网状的支撑体结构。
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