CN117210813A - 一种对铝青铜表面超疏水化处理的方法及得到的铝青铜 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种对铝青铜表面超疏水化处理的方法及得到的铝青铜，本发明以六水三氯化铁盐酸溶液作为刻蚀液，将铝青铜先进行预处理，以除去表面油污及油脂，随后，用刻蚀液对预处理后的铝青铜进行化学刻蚀，再经冷风吹干，制得具有粗糙结构的铝青铜表面，最后使用十七氟癸基三乙氧基硅烷改性，在铝青铜粗糙表面自组装生成超疏水膜，即制得所述得铝青铜超疏水表面。与现有技术相比，本发明采用化学刻蚀法，在铝青铜表面构造粗糙结构，有利于十七氟癸基三乙氧基硅烷的吸附，制备工艺简单，条件温和，稳定性较高，绿色环保，制备所得的铝青铜超疏水表面，其接触角在160°以上，且具有良好的耐蚀性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种对铝青铜表面超疏水化处理的方法及得到的铝青铜。
背景技术
铝青铜是在青铜中加入了铝元素形成的一种合金，铝青铜广泛地应用于海水管道、阀门系统、声纳设备、海水外部舱口、轴承和潜望镜组件等。海洋环境恶劣，海水含有大量的盐类及腐蚀离子，导致设备极易发生腐蚀。此外，除了海水的电化学腐蚀，由于风浪洋流，生物附着等因素，服役于海洋的设备的还易受到空泡腐蚀、交变应力腐蚀和微生物腐蚀等。有效地提高海洋设备的耐腐蚀性能迫在眉睫。部分的表面改性手段，虽然已经取得了可观的保护效果，但是会存在一些问题，例如：污染大，加工过程中大量废水排放，造成二次污染，部分有毒有害，对海洋生物有潜在的威胁。功耗大，消耗过多的能源，部分设备精密造价高，难以大规模的生产。
近年超疏水表面由于其特殊的表面润湿效应，以及其低污染、环境友好、多功能的特性，在材料腐蚀与防护领域引起了广泛的关注。通过制备超疏水表面可以获得许多出色的性能，如自清洁性、防雾性、耐腐蚀性、减阻性能、有效防止微生物黏附及良好的抗结冰性能。在自然界中，荷叶、稻叶、鲨鱼皮、蛾眼、甲壳虫、玫瑰花瓣、壁虎等许多特殊表面表现出优异的疏水性和或超疏水性。
然而，目前关于铝青铜超疏水表面的构筑方法少之又少，而且这些方法通常都存在处理工序复杂，成本较高，稳定性较差等缺点。
发明内容
本发明是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种对铝青铜表面超疏水化处理的方法及得到的铝青铜。
本发明所采用的技术方案有：
一种对铝青铜表面超疏水化处理的方法，包括如下步骤：
1)以六水三氯化铁与盐酸的混合溶液作为刻蚀液；
2)去除铝青铜表面油污及油脂；
3)用刻蚀液对经步骤2)处理后的铝青铜进行化学刻蚀，然后冲洗、干燥；
4)干燥后的铝青铜置于全氟癸基三乙氧基硅烷的溶液中，随后取出并置于烘箱中改性处理，得到具有超疏水膜表面的铝青铜，完成对铝青铜表面超疏水化处理。
进一步地，所述六水三氯化铁的质量分数为3％-20％；盐酸的浓度为0.2mol/L。
进一步地，步骤2)中，铝青铜表面油污及油脂去除方式为：将铝青铜经打磨处理后，置于无水乙醇中，超声清洗，然后去离子水冲洗，除去铝青铜表面油污和油脂。
进一步地，打磨处理时，将铝青铜依次经600目、1200目金相砂纸打磨。
进一步地，步骤3)中，进行化学刻蚀时，化学刻蚀的条件为：于20-40℃恒温水浴条件下刻蚀10-60min。
进一步地，步骤4)中，改性处理的条件为：于100-120℃恒温120min。
进一步地，步骤4)中，全氟癸基三乙氧基硅烷的摩尔浓度为1-3mol/L。
进一步地，所述超疏水膜表面对水的接触角为154°-168°，且具有良好的耐蚀性能。
本发明还公开通过上述方法超疏水化处理的铝青铜。
本发明以三氯化铁溶液作为刻蚀液，将铝青铜先进行预处理，以除去表面油污及油脂，随后，用刻蚀液对预处理后的铝青铜进行化学刻蚀，再经冷风吹干，制得具有粗糙结构的铝青铜表面(有利于十七氟癸基三乙氧基硅烷的吸附)，最后使用十七氟癸基三乙氧基硅烷改性，在铝青铜粗糙表面自组装生成超疏水膜，即制得所述得铝青铜超疏水表面。一方面，三氯化铁化学刻蚀的过程中非常温和，能有效控制铝青铜表面的形貌变化；另一方面，三氯化铁的成本较为低廉。本发明处理工序简单，成本低，用以解决现有技术中的铝青铜超疏水表面技术存在的处理工序复杂、成本较高，稳定性较差的技术问题。
附图说明
图1为抛光后铝青铜表面形貌图(5000倍)。
图2为6％质量分数六水三氯化铁刻蚀40min表面形貌图(5000倍)。
图3为9％质量分数六水三氯化铁刻蚀40min表面形貌图(5000倍)。
图4为12％质量分数六水三氯化铁刻蚀40min表面形貌图(5000倍)。
图5为15％质量分数六水三氯化铁刻蚀40min表面形貌图(5000倍)。
图6为对未经过表面超疏水化处理铝青铜打磨，铝青铜的接触角；
图7、图8分别为12％和15％质量分数六水三氯化铁刻蚀40min并改性处理的接触角。
图9为不同刻蚀浓度下的六水三氯化铁刻蚀40min并改性处理铝青铜的极化曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
实施例1:
一种对铝青铜表面超疏水化处理的方法，包括如下步骤：
1)刻蚀液的制备：配制六水三氯化铁与盐酸的混合溶液作为刻蚀液，将六水三氯化铁的质量分数控制为3％，将盐酸量浓度控制在0.2mol/L；
2)铝青铜的预处理：将1块铝青铜依次经600目、1200目金相砂纸打磨后，依次无水乙醇、去离子水超声波清洗，以除去表面油污和油脂；图1为抛光后铝青铜表面形貌图(5000倍)。
3)化学刻蚀：将预处理后的铝青铜浸入到步骤1)所得的刻蚀液中，在水浴30℃的条件下刻蚀40min，刻蚀后经大量去离子水清洗；
4)将步骤3)刻蚀之后得到的铝青铜悬挂于试剂瓶中，将全氟癸基三乙氧基硅烷滴入试剂瓶中，随后置于烘箱中120℃120min后取出，即制得铝青铜的超疏水表面，完成对铝青铜表面超疏水化处理。
实施例2:
与实施例1不同的是，本实施例将六水三氯化铁的质量分数控制为6％，将盐酸量浓度控制在0.2mol/L。图2为6％质量分数六水三氯化铁刻蚀40min表面形貌图(5000倍)。
实施例3:
与实施例1不同的是，本实施例将六水三氯化铁的质量分数控制为9％，将盐酸量浓度控制在0.2mol/L。图3为9％质量分数六水三氯化铁刻蚀40min表面形貌图(5000倍)。
实施例4:
与实施例1不同的是，本实施例将六水三氯化铁的质量分数控制为12％，将盐酸量浓度控制在0.2mol/L。图4为12％质量分数六水三氯化铁刻蚀40min表面形貌图(5000倍)。
实施例5:
与实施例1不同的是，本实施例将六水三氯化铁的质量分数控制为15％，将盐酸量浓度控制在0.2mol/L。图5为15％质量分数六水三氯化铁刻蚀40min表面形貌图(5000倍)。
图6为对未经过表面超疏水化处理铝青铜打磨，铝青铜的接触角。
图7、图8分别为12％和15％质量分数六水三氯化铁刻蚀40min并改性处理的接触角。
根据图4、图5可以看出，经过六水三氯化铁刻蚀后，铝青铜表面出现大量针状、柱状结构，经过十七氟癸基三乙氧基硅烷改性处理后均可以形成超疏水表面，大量的针状、柱状结构能够捕获空气，增加表面疏水角度。
对比图6-图8可以看出，抛光后的铝青铜由于氧化，表面能较高，接触角较低；而经过12％和15％质量分数六水三氯化铁刻蚀40min并改性处理的铝青铜表面能大大降低，因此接触角大大提高，达到超疏水状态。
图9为不同刻蚀浓度下的极化曲线图，可以看出12％质量分数的六水三氯化铁刻蚀40min和15％质量分数的六水三氯化铁刻蚀40min后，自腐蚀电流密度有明显减小。
结合表1，耐蚀效率有所提高，分别可达90.3％和90.5％。超疏水表面通常具有特殊的微纳米结构，这些微结构使得表面具有较大的表面积，并且水滴在其上呈现高度球形，减少了与介质的接触面积。较小的接触面积降低了电化学反应的发生，从而减小了自腐蚀电流密度。通过十七氟癸基三乙氧基硅烷改性生成一层致密的保护层，阻挡了进一步的腐蚀反应，且十七氟癸基三乙氧基硅烷有较低的导电率，抵抗腐蚀介质中的化学反应，从而延缓材料的腐蚀速度，从而减小了自腐蚀电流密度。
表1不同刻蚀浓度制备出的铝青铜疏水表面在3.5％NaCI水溶液中电化学参数
本发明具有耐蚀性能的铝青铜超疏水表面形貌表征的测定用扫描电子显微镜观察试样的表面形貌，再通过接触角测量仪测量水滴在超疏水表面的接触角。
电化学分析：极化曲线的测量在三电极体系中完成，工作电极为已构建疏水膜的铝青铜电极，辅助电极和参比电极分别为Pt电极和饱和甘汞电极(SCE)。电化学测试采用仪器为Gamry电化学工作站。极化曲线扫描范围-0.5-0.5V(vs.OCP)，扫描速度为1mV/s。缓蚀效率(η％)，按照如下公式计算：η％＝(I0-I)/I×100％。
其中I0和Ⅰ分别为未处理和铝青铜疏水处理后电极的腐蚀电流密度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种对铝青铜表面超疏水化处理的方法，其特征在于：包括如下步骤：
1）以六水三氯化铁与盐酸的混合溶液作为刻蚀液；
2）去除铝青铜表面油污及油脂；
3）用刻蚀液对经步骤2）处理后的铝青铜进行化学刻蚀，然后冲洗、干燥；
4）干燥后的铝青铜置于全氟癸基三乙氧基硅烷的溶液中，随后取出并置于烘箱中改性处理，得到具有超疏水膜表面的铝青铜，完成对铝青铜表面超疏水化处理。
2.如权利要求1所述的对铝青铜表面超疏水化处理的方法，其特征在于：所述六水三氯化铁的质量分数为3%-20%；
盐酸的浓度为0.2mol/L。
3.如权利要求1所述的对铝青铜表面超疏水化处理的方法，其特征在于：步骤2）中，铝青铜表面油污及油脂去除方式为：将铝青铜经打磨处理后，置于无水乙醇中，超声清洗，然后去离子水冲洗，除去铝青铜表面油污和油脂。
4.如权利要求3所述的对铝青铜表面超疏水化处理的方法，其特征在于：打磨处理时，将铝青铜依次经600目、1200目金相砂纸打磨。
5.如权利要求1所述的对铝青铜表面超疏水化处理的方法，其特征在于：步骤3）中，进行化学刻蚀时，化学刻蚀的条件为：于20-40℃恒温水浴条件下刻蚀10-60min。
6.如权利要求1所述的对铝青铜表面超疏水化处理的方法，其特征在于：步骤4）中，改性处理的条件为：于100-120℃恒温120min。
7.如权利要求1所述的对铝青铜表面超疏水化处理的方法，其特征在于：步骤4）中，全氟癸基三乙氧基硅烷的摩尔浓度为1-3mol/L。
8.如权利要求1所述的对铝青铜表面超疏水化处理的方法，其特征在于：所述超疏水膜表面对水的接触角为154°-168°。
9.一种如权利要求1-8任一所述方法超疏水化处理的铝青铜。
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