[发明专利]一种在金属表面制备微纳米二氧化钛及其疏水薄膜的溶胶凝胶方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在金属表面制备薄膜的方法，特别涉及在金属表面制备微纳米二氧化钛及其疏水薄膜的方法。

背景技术

地热水利用系统中的腐蚀、结垢问题一直是开发利用地热能的严重障碍，是当今世界性重要研究课题之一。据统计，全球每年因钢铁腐蚀造成的经济损失约7千亿美元，占各国国民生产总值的2-4％；而垢层的出现和增厚，一方面增大流体阻力，增加能量消耗，降低出水量，影响正常运行，另一方面，垢层的不完整处会引起局部腐蚀。为了减少设备的腐蚀与污垢的沉积，研究者们采用化学抑制法、磁化处理或涂覆有机涂层等方法，但以上方法存在二次污染或者难以大规模使用，且涂覆有机涂层容易脱落并增加附加热阻等缺点。

溶胶凝胶法成膜温度低、时间短，过程不需要昂贵的设备，操作简单，并不受基底的形状和大小的限制，同时易于掺杂和改性。研究者已经采用溶胶凝胶法在不锈钢、碳钢、铝合金等基底上制备了氧化硅、氧化钛及其复合涂层来防止金属腐蚀。

溶胶凝胶法相关的专利有：日本专利99806905.1，其特征是在玻璃板上涂覆一种含有溶解在溶剂中的硅醇盐、含氟代烷基的硅烷化合物和酸的涂料液体并干燥来制备具有良好水滴滚落性能、高抗刻蚀性和高耐候性的二氧化硅薄膜，其厚度低于200nm，烧结温度为250℃。

中国专利200610147644.9，其特征是采用醇作溶剂，硅酸乙酯为前驱体，在酸性条件下获得二氧化硅溶胶，通过对碳纤维进行浸渍处理在其表面制备二氧化硅薄膜，此薄膜提高了纤维的抗氧化性能，厚度为300-500nm，烧结温度为500℃。

中国专利201010153498.7，其特征是以烷基烷氧基硅烷为前驱体，通过酸、碱两步水解聚合得到溶胶，在溶胶充分老化后加入一定量的水调节溶胶骨架和溶剂的相分离程度在铝片表面制备具有一定粗糙度的薄膜，此薄膜具有超疏水性能，烧结温度为250℃。

中国专利200510065816.3，其特征是在不锈钢表面制备纳米二氧化钛薄膜，通过对薄膜进行水热处理来消除龟裂，通过氟硅烷基化处理来提高薄膜的耐腐蚀性，所获得氟硅烷为单分子层，对薄膜厚度没有影响。

中国专利200710060653.9，其特征是采用液相沉积法在紫铜表面制备纳米二氧化钛薄膜，通过独特的预处理方法使得薄膜均匀致密，薄膜厚度小于150nm，烧结温度为300-550℃。

上述方法均存在一定的局限性。如日本专利99806905.1和中国专利200610147644.9，其所得溶胶为酸性，高温烧结时必然对金属产生腐蚀作用，同时疏水性溶胶与金属基底的润湿性差，从而影响涂层的均匀性且不利于多次重复镀膜。而中国专利201010153498.7，单纯采用烷基烷氧基硅烷为前驱体，价格昂贵，使得制膜成本增加，同时薄膜粗糙度大，必然加速污垢沉积。中国专利200510065816.3，所得单分子疏水层易脱落，使用寿命短，且所述方法无法调节疏水涂层的厚度。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的不足，提供一种能够与基底牢固结合并且具有良好防腐防垢效果的一种在金属表面制备微纳米二氧化钛及其疏水薄膜的溶胶凝胶方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明的一种在金属表面制备微纳米二氧化钛及其疏水薄膜的溶胶凝胶方法，它包括以下步骤：

(a)对金属基底进行预处理；

(b)在经预处理的金属基底表面制备微纳米TiO₂薄膜；

(c)在金属基底表面的微纳米TiO₂薄膜上制备十七氟癸基三异丙氧基硅烷-二氧化硅疏水薄膜；