[发明专利]铝及其合金超双疏表面制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属表面处理及其改性技术领域，特别涉及一种铝及其合金超双疏表面制备方法。

背景技术

润湿性是固体表面一种重要的界面现象，表面润湿程度取决于其化学成分及微观形态与几何结构。影响固体表面浸润性的因素主要有两个：(1)表面自由能；(2)表面粗糙度。当表面自由能降低时，其疏水性能就会增强。然而，即使具有最低表面能的光滑表面，其与水的接触角也仅有119°。为了得到更好的疏水效果，需要表面具有一定的粗糙度。疏水又疏油的表面为双疏表面，与水和油的接触角都大于150°的表面为超双疏表面。超疏水和超双疏界面材料在工农业生产上和人们的日常生活中都有非常广阔的应用前景。超双疏界面材料可涂在轮船的外壳和燃料储备箱上，可以达到防污、防腐的效果；同时还可以将MEMS器件的表面制作超双疏层，可实现液体的减阻，提高MEMS器件的工作寿命；在将它应用于石油管道的运输过程中，可以防止石油对管道壁粘附，从而减少运输过程中的损耗，并防止管道堵塞；将它用于水中运输工具或水下核潜艇上，可以减少水的阻力，提高行驶速度。正是由于这类表面现象在工农业生产上和日常生活中都是非常重要的，因此这方面的研究引起了人们的极大兴趣。

工程金属材料在航海、航天、管道运输、工业制造等领域有着广泛的应用。如铝及其合金可用于仪器、仪表的外壳和轮船、潜艇的舱体等，在工程材料上制备超双疏表面已经成为一个很有前景的研究热点。近年来，已经出现了一些在铝表面制备超双疏的方法。专利号为200810150857.6的专利发明了一种用电化学法在铝及其合金上制备超疏表面的方法，该方法第二步采用草酸做电解液，在50-80V高电场和10℃的条件下制备了具有微纳二元结构的超双疏表面。钱柏太等人利用位错刻蚀剂在铝、铜等表面刻蚀后用氟硅烷修饰，得到了超疏水表面(Baitai Qian，Ziqiu Shen，Langmuir2005，21，9007-9009)。专利号为200910117460.1专利发明了一种采用二次阳极氧化法在钛或钛合金上制备超疏表面的方法。Yao等人采用二次阳极氧化的方法在纯铝表面制备了超双疏表面(Lujun Yao，Maojun Zheng，et al.Materials Research Bulletin.46(2011)1403-1408)。但是，上述方法工艺条件较为苛刻，需要大的阳极氧化电流，在第二次阳极氧化时，需要低温冷却设备，无法实现大面积制备；同时，在阳极氧化时需要用到强酸或者弱酸，对环境会造成一定污染。因此，研发出一种制备方法简单、工艺温和、成本低、绿色环保清洁的超疏表面制备方法具有非常重要的意义。

发明内容

基于以上不足之处，本发明的目的在于提供一种铝或铝合金表面超双疏层的制备方法。该表面不仅具有超疏油特性，而且同时还具有超疏水、超疏酸的超双疏性质。

一种铝及其合金超双疏表面制备方法，如下：

(1)、依次用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗铝或铝合金片表面；

(2)、采用NaCl或Na₂SO₄作为电解质溶液，采用铝板或石墨作为阴极，铝或铝合金片作为阳极，在电压为5-10V室温下进行反应刻蚀纯2-3小时，然后将铝或铝合金片取出，在去离子水中超声清洗，去除表面附着的氧化铝颗粒，得到具有微米级表面的铝或铝合金片；

(3)、接着将铝或铝合金片以60°-70°放入盛有浓度为0.02-0.05M的硝酸锌和六四甲基四胺的混合溶液的密封瓶中，恒温90℃水热合成，制备具有花瓣状的微米和纳米双重粗糙结构，3小时后取出铝或铝合金片，更换反应液；

(4)、重新将铝或铝合金片以60°-70°放入新的以上同浓度、同体积的硝酸锌和六四甲基四胺的混合溶液的密封瓶中，继续恒温90℃水热合成2-4小时，得到表面为氧化锌纳米棒状的微纳复合结构的铝或铝合金片；

(5)、然后将铝或铝合金片取出，用去离子水进行冲洗表面，使铝或铝合金片快速冷却，将冷却后的铝或铝合金片在去离子水中超声清洗；

(6)、最后将铝或铝合金片表面采用低表面能材料的乙醇溶液修饰，即得到超双疏表面的铝或铝合金片。

本发明还具有如下特征：

1、所述的低表面能材料为氟硅烷、长链脂肪酸或聚四氟乙烯材料。

2、所述的NaCl或Na₂SO₄溶液的浓度为0.02-0.15M。