RU2786261C1 - Способ получения супергидрофобной поверхности на основе композитов меди - Google Patents

Способ получения супергидрофобной поверхности на основе композитов меди Download PDF

Info

Publication number
RU2786261C1
RU2786261C1 RU2022120294A RU2022120294A RU2786261C1 RU 2786261 C1 RU2786261 C1 RU 2786261C1 RU 2022120294 A RU2022120294 A RU 2022120294A RU 2022120294 A RU2022120294 A RU 2022120294A RU 2786261 C1 RU2786261 C1 RU 2786261C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
water repellent
copper
superhydrophobic
surfactants
coating
Prior art date
Application number
RU2022120294A
Other languages
English (en)
Inventor
Вячеслав Геннадьевич Глухов
Николай Анатольевич Поляков
Инна Геннадьевна Ботрякова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук (ИФХЭ РАН)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук (ИФХЭ РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук (ИФХЭ РАН)
Application granted granted Critical
Publication of RU2786261C1 publication Critical patent/RU2786261C1/ru

Links

Abstract

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для получения супергидрофобных покрытий с высокими защитными и функциональными свойствами, обеспечивающими эффективное снижение скорости коррозионных процессов при эксплуатации конструкций и сооружений из меди или имеющих медное покрытие. Способ заключается в электрохимическом осаждении композита меди при температуре 18-25 °С и плотности тока 0,1-45 А/дм2 из электролита состава, г/л: CuSO4×5H2O 180-220, H2SO4 40-60, содержащего 1-60 г/л нанодисперсных частиц и 0-15 г/л поверхностно-активных веществ (ПАВ) с последующим нанесением слоя гидрофобизатора на полученную поверхность. Техническим результатом изобретения является увеличение прочности супергидрофобного покрытия, полученного электрохимическим методом на основе тепло- и электропроводной матрицы меди. 4 з.п. ф-лы, 5 пр.

Description

Изобретение относится к способам получения супергидрофобных покрытий, т.е. характеризующихся краевым углом смачивания 150о и выше, обладающих высокими защитными и функциональными свойствами, в частности, обеспечивающих эффективное снижение скорости коррозионных процессов при эксплуатации конструкций и сооружений из меди или предполагающих медное покрытие.
Известна композиция супергидрофобного покрытия и способ получения супергидрофобного покрытия из нее [патент № 2572974 Российская Федерация, МПК C09K 3/18 (2006.01), B82B 3/00 (2006.01). Композиция супергидрофобного покрытия и способ получения супергидрофобного покрытия из нее: N 2014138077 заявл. 19.09.2014 : опубликовано  20.01.2016 / Радченко И. Л., Колосов С. В. ; - 9 с. : ил. - Текст : непосредственный.]. Предложенный в патенте способ заключается в нанесении на поверхность состава из полимерного пленкообразователя на основе фторуретановой эмали «Винифтор», в который дополнительно введён гидрофобный материал в виде порошковой смеси микро- и наночастиц микронного фторопласта-4 «Флуралит» с модифицированным силанами нанодисперсным диоксидом кремния Аэросил R-812, отвердителем «Десмодур 75» и растворителем о-ксилол. При затвердевании композиции образуется относительно прочная супергидрофобная поверхность.
В данном способе для создания требуемой для супергидрофобности шероховатости используются твёрдые наноразмерные частицы, однако, матрицей в получаемом композите выступает полимерный материал, который не обладает тепло- и электропроводностью, которые присущи металлам, и в особенности меди. Кроме того, несмотря на то, что при необходимости нанесения на уже смонтированные конструкции лакоподобные покрытия безусловно выигрывают в удобстве нанесения на отдельные изделия, в том числе и большой площади, гальванические покрытия часто оказываются более выгодными за счёт лучшей масштабируемости и автоматизации процесса.
Известны также супергидрофобные поверхности, шероховатость которых обеспечивается металлическими развитыми микроструктурами. В частности, для меди можно найти примеры покрытий полученных электроосаждением при большом перенапряжении из водных растворов [Mousavi, S.M.A., A study of corrosion on electrodeposited superhydrophobic copper surfaces / S.M.A Mousavi, R. Pitchumani. - doi.org/10.1016 – Текст: электронный // Corrosion Science.- 2021. – V. 186. - № 109420. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010938X21001864 (дата публикации 01.07.2021)] и из ионных жидкостей [Kuang, Y., One-step electrodeposition of superhydrophobic copper coating from ionic liquid / Y. Kuang, F. Jiang, T. Zhu, H. Wu, X. Yang, Sh. Li, Ch. Hu. - doi.org/10.1016/j.matlet.2021.130579. – Текст: электронный // Materials Letters. – 2021. – V. 303 - № 130579. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167577X21012763 (дата публикации 15.11.2021)], травлением в смеси неорганических кислот [Mousavi, S.M.A., Temperature-dependent dynamic fouling on superhydrophobic and slippery nonwetting copper surfaces / S.M.A. Mousavi, R. Pitchumani. - Текст: электронный // Chemical Engineering Journal. – 2022. – V. 431. - № 133960. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894721055339 (дата публикации 01.03.2022] и лазерным текстурированием [Zhao M., Ultrasonic vibration assisted laser (UVAL) treatment of copper for superhydrophobicity / M. Zhao, Z. Yang, J. Zhao, P. Shrotriya, Y.Wang, Y. Cui, Z. Guo - Текст: электронный // Surface and Coatings Technology. – 2021. – V. 421. – № 127386. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0257897221005600 (дата публикации 15.09.2021)].
Независимо от способа получения, все приведённые поверхности объединяет одно – низкая механическая прочность. Сформированные из меди «ажурные» или дендритные структуры, как правило, не выдерживают соприкосновения даже с бумагой и необратимо разрушаются. Композиционные покрытия, в том числе описанные в данном патенте на базе медной матрицы, такого недостатка лишены.
Задача, на решение которой направлено данное изобретение, заключается в создании коррозионностойкого супергидрофобного покрытия с приемлемыми механическими свойствами, которое при этом сохраняет тепло- и электропроводность сопоставимую с медью.
Техническим результатом данного изобретения является увеличение прочности супергидрофобного покрытия, полученного электрохимическим методом на основе тепло- и электропроводной матрицы меди.
Технический результат достигается получением супергидрофобной поверхности электрохимическим осаждением композита меди при температуре 18-25 °С и плотности тока 0,1-45 А/дм2 из электролита состава, г/л: CuSO4×5H2O 180-220, H2SO4 40-60, содержащего 1-60 г/л нанодисперсных частиц и 0-15 г/л поверхностно-активных веществ (ПАВ) с последующим нанесением слоя гидрофобизатора на полученную поверхность.
В качестве добавки частиц в электролит могут быть использованы карбид кремния, оксид кремния, дисульфид молибдена, дисульфид вольфрама, фторопласт-4, бор, нитрид ниобия или нитрид тантала.
В качестве гидрофобизатора можно использовать лауриловую кислоту, стеариновую кислоту, миристиновую кислоту или соли этих кислот, нитроцеллюлозу, октодециламин, додекантиол, декантиол или октантиол.
При этом нанесение гидрофобизатора может производиться путем обработки поверхности раствором гидрофобизатора в воде или органическом растворителе, или выдержкой поверхности над гидрофобизатором при температуре выше температуры его плавления.
Заявленное изобретение осуществляется следующим образом.
За основу способа взято меднение из сернокислого электролита:
CuSO4×5H2O 180-220 г/л
H2SO4 40-60 г/л
Температура: 18-25 °С
Плотность тока: 0,1-45 А/дм2
В электролит вводятся твёрдые частицы в концентрации 1 - 60 г/л, в некоторых случаях также используется ПАВ.
Примеры
Пример 1. В электролит вводятся наночастицы карбида кремния и оксида кремния, а также их смесь в массовом соотношении 1:1. Используются концентрации наночастиц 1, 40 или 60 г/л. На 1 г наночастиц вводится 0,25 г цетилтриметиламмония бромида (ЦТАБ). После обработки в этанольном растворе стеариновой кислоты (10 мМ) покрытия, полученного при концентрации наночастиц 1 г/л и при катодных плотностях тока от 20 до 45 А/дм2, краевой угол смачивания составляет более 160 градусов; при концентрациях наночастиц 40 и 60 г/л, аналогичные результаты достигаются при токе 5 А/дм2 и более. Во всех случаях фиксируется более 5 масс.% включений частиц в покрытие. Покрытие остаётся супергидрофобным в камере соляного тумана более 60 часов. Для покрытия, полученного при концентрации наночастиц 1 г/л, аналогичные результаты получаются при замене обработки в растворе стеариновой кислоты (10 ммоль/л) на выдержку над додекантиолом, декантиолом или октантиолом.
Пример 2. В электролит в концентрации 5 г/л вводятся наночастицы дисульфида молибдена или дисульфида вольфрама, или их смесь 1:1. ПАВ в электролит не добавляется. В диапазоне плотностей тока от 0,1 до 2 А/дм2 получаются покрытия с содержанием частиц больше 5 масс.%. После обработки в этанольном растворе стеариновой кислоты или в горячем (80С°) водном растворе стеарата натрия (10 мМ) достигаются углы смачивания более 160 градусов. Обработкой в этанольных растворах миристиновой (10 мМ) и лауриловой (10 мМ) кислот, а также в горячих (80С°) водных растворах их натриевых солей (10 мМ) достигаются углы в диапазоне от 150 до 160 градусов. Первая группа покрытий остаётся супергидрофобной в камере соляного тумана более 100 часов, вторая - около двух суток.
Пример 3. В электролит вводится фторопласт-4Д в виде водной суспензии (ТУ 6-05-1246-81) в количестве 50-100 мл/л. Дополнительные ПАВ не вводятся. Полученный композит имеет в своём составе более 5 масс.% фторопласта. Гидрофобизация проводится в этанольном растворе стеариновой кислоты (10 мМ), нитроцеллюлозы (10 мМ) или их смеси (5+5 мМ). Во всех случаях угол смачивания поверхности после обработки составляет более 155 градусов. В камере соляного тумана полученные покрытия остаются супергидрофобными более 80 часов.
Пример 4. В электролит вводятся наночастицы бора в концентрациях 40 или 60 г/л. На 1 г частиц вводится 0,025 г лаурилсульфата натрия. При плотностях тока 0,1-10 А/дм2 получается покрытие с более 5 масс.% бора в составе. После обработки в этанольном растворе стеариновой кислоты (10 мМ) или выдержки над её расплавом или расплавом октадециламина угол смачивания покрытий превышает 155 градусов. Полученная поверхность остаётся супергидрофобной в камере соляного тумана более 60 часов.
Пример 5. В электролит вводятся наночастицы нитрида ниобия, нитрида тантала или их смесь в массовом соотношении 1:1 концентрацией 1, 5 или 20 г/л. При плотности тока 4-45 А/дм2 получается покрытие с содержанием более 5 масс.%. После обработки в ацетоновом или изопропаноловом растворе стеариновой кислоты угол смачивания превышает 155 градусов. Полученные покрытия остаются супергидрофобными более 60 часов в камере соляного тумана.
Во всех примерах композиты достаточно механически прочные, чтобы выдерживать как напор воды ~ 5 м/с и более, так и мягкое абразивное воздействие. В случае загрязнения жирами и/или ПАВ покрытие восстанавливает свои свойства после промывки органическим растворителем и повторного нанесения гидрофобизатора.

Claims (5)

1. Способ получения супергидрофобной поверхности, заключающийся в электрохимическом осаждении композита меди при температуре 18-25 °С и плотности тока 0,1-45 А/дм2 из электролита состава, г/л: CuSO4×5H2O 180-220, H2SO4 40-60, содержащего 1-60 г/л нанодисперсных частиц и 0-15 г/л поверхностно-активных веществ (ПАВ) с последующим нанесением слоя гидрофобизатора на полученную поверхность.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве нанодисперсных частиц используют карбид кремния и/или оксид кремния и/или дисульфид молибдена и/или дисульфид вольфрама и/или фторопласт-4 и/или бор и/или нитрид ниобия и/или нитрид тантала.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве гидрофобизатора используют лауриловую кислоту и/или стеариновую кислоту и/или миристиновую кислоту и/или соли этих кислот и/или нитроцеллюлозу и/или октадециламин и/или додекантиол и/или декантиол и/или октантиол.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что нанесение гидрофобизатора производят путем обработки поверхности раствором гидрофобизатора в воде или органическом растворителе, или выдержкой поверхности над гидрофобизатором при температуре выше температуры его плавления.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве ПАВ используют: цетилтриметиламмония бромид и/или лаурилсульфат натрия.
RU2022120294A 2022-07-25 Способ получения супергидрофобной поверхности на основе композитов меди RU2786261C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2786261C1 true RU2786261C1 (ru) 2022-12-19

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2806197C1 (ru) * 2023-03-20 2023-10-27 Вячеслав Геннадьевич Глухов Способ получения механически прочных супергидрофобных поверхностей на основе двуслойных гальванических покрытий с матрицами из меди и хрома

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101423945B (zh) * 2007-11-02 2010-10-27 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种轻质金属超疏水表面的制备方法
RU2572974C1 (ru) * 2014-09-19 2016-01-20 Закрытое акционерное общество "Научно-технический центр "Электросети" Композиция супергидрофобного покрытия и способ получения супергидрофобного покрытия из нее
RU2640895C1 (ru) * 2016-07-27 2018-01-12 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петрозаводский государственный университет" Способ формирования структурированной поверхности на алюминии и его сплавах
RU2747434C1 (ru) * 2020-08-24 2021-05-05 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) Способ получения супергидрофобных покрытий на магнийсодержащих сплавах алюминия

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101423945B (zh) * 2007-11-02 2010-10-27 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种轻质金属超疏水表面的制备方法
RU2572974C1 (ru) * 2014-09-19 2016-01-20 Закрытое акционерное общество "Научно-технический центр "Электросети" Композиция супергидрофобного покрытия и способ получения супергидрофобного покрытия из нее
RU2640895C1 (ru) * 2016-07-27 2018-01-12 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петрозаводский государственный университет" Способ формирования структурированной поверхности на алюминии и его сплавах
RU2747434C1 (ru) * 2020-08-24 2021-05-05 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) Способ получения супергидрофобных покрытий на магнийсодержащих сплавах алюминия

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2806197C1 (ru) * 2023-03-20 2023-10-27 Вячеслав Геннадьевич Глухов Способ получения механически прочных супергидрофобных поверхностей на основе двуслойных гальванических покрытий с матрицами из меди и хрома

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Microstructure and properties of sol-enhanced Ni-Co-TiO2 nano-composite coatings on mild steel
Liu et al. One-step method for fabrication of biomimetic superhydrophobic surface on aluminum alloy
Li et al. Preparation of Cu-graphene coating via electroless plating for high mechanical property and corrosive resistance
Goldasteh et al. The influence of pulse plating parameters on structure and properties of Ni–W–TiO2 nanocomposite coatings
Khodaei et al. SiC nanoparticles incorporation in electroless NiP-Graphene oxide nanocomposite coatings
Rezagholizadeh et al. Electroless Ni-P/Ni-BB 4 C duplex composite coatings for improving the corrosion and tribological behavior of Ck45 steel
KR20180025959A (ko) 금속 코팅 및 그 제조 방법
Li et al. Pulse electrodeposition and corrosion behavior of Ni–W/MWCNT nanocomposite coatings
Nazari et al. A review on electroless Ni–P nanocomposite coatings: effect of hard, soft, and synergistic nanoparticles
RU2786261C1 (ru) Способ получения супергидрофобной поверхности на основе композитов меди
Zanella et al. Study of the influence of sonication during the electrodeposition of nickel matrix nanocomposite coatings on the protective properties
CN111344439A (zh) 具备黑色氧化覆膜的镁或铝金属部件及其制备方法
Al-Dhire et al. Effect of current density on corrosion and mechanical properties of Zn-SiC composite coating
CN108350591B (zh) 镀覆或涂覆方法
Alirezaei et al. Novel investigation on nanostructure Ni–P–Ag composite coatings
Noroozifar et al. Effect of nano-TiO2 particles on the corrosion behavior of chromium-based coatings
Lopes et al. Electrodeposition and the properties of a Zn-Cotton nanocrystal composite coating
US4479855A (en) Galvanic dispersion deposition bath
Pruna Nanocoatings for protection against steel corrosion
Nad et al. Effects of TiO 2 particles size and heat treatment on friction coefficient and corrosion performance of electroless Ni-P/TiO 2 composite coatings
Chuanwei et al. Fabrication of superhydrophobic structure on 5A05 aluminum alloy surface and its corrosion resistance
Hussein et al. Corrosion protection of 316L stainless steel by (PVDF/HA) composite coating using a spinning coating technique
JPS6048599B2 (ja) 複合めつき皮膜
Margen et al. Enhancement surface coating stainless steel and copper using ultrasonic batch
Shen et al. Electrodeposition process for the fabrication of copper dendrites film with stable superhydrophobicity