[发明专利]45#钢表面具有减摩和耐磨性能超疏水薄膜制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属及合金表面工程技术领域，具体涉及一种在45#钢表面上构筑具有减摩和耐磨性能的超疏水薄膜的制备方法。

背景技术

超疏水薄膜是指表面与水的接触角大于150°且滚动角小于10°的薄膜。这种特殊的表面润湿性能使得超疏水材料具有很低的表面自由能和很好的抗粘附性能，因而在自清洁材料、微流体器件、流体减阻等领域表现出良好的应用前景。

在众多金属及其合金中，45#钢作为优质碳素结构钢，硬度、韧性、可塑性、延展性等机械性能良好，并且取材方便，加工工艺简便，是机械零件、建筑材料、电子电器元件和汽车等诸多领域中应用最广泛的金属合金。研究其耐腐蚀性能和减摩耐磨性能可以减少材料消耗，降低工业生产成本。现今已有一些研究发现在包括45#钢等钢表面构筑超疏水薄膜可以有效提高材料的耐腐蚀性能（X.Zhang, M.Honkanen, V. Pore et al, Ceramics International 35 (2009)1559-1564; S. Sethi, A. Dhinojwala, Langmuir 25(2009), 4311-4313），而对于这类超疏水薄膜减摩和耐磨性能的研究报道极少。因此，在45#钢基底上构筑具有良好地减摩和耐磨特性并具备自清洁功能的超疏水薄膜表面具有重要理论和实际意义。

发明内容

针对现有技术存在的缺点与不足，本发明所要解决技术问题是，提供一种45#钢表面具有减摩和耐磨性能超疏水薄膜制备方法，有效解决诸多超疏水薄膜疏水性能不稳定，不耐机械磨损从而难以实际应用的技术难题。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是，45#钢表面具有减摩和耐磨性能超疏水薄膜制备方法，该方法依次包括以下步骤：

第一步，预处理：先后用丙酮、无水乙醇（分析纯）清洗45#钢表面，以除去试样表面的油脂等杂物，然后干燥备用；

第二步，氢氧化钠浸泡：在氢氧化钠溶液中恒温浸泡1-24小时后，用丙酮、无水乙醇先后超声清洗，然后干燥备用；

第三步，表面改性：用脂肪酸乙醇溶液恒温浸泡8-24小时后，得到超疏水表面。

上述的45#钢表面具有减摩和耐磨性能超疏水薄膜制备方法，第一步预处理与第二步氢氧化钠浸泡中，干燥均是采用氮气吹干备用。

上述的45#钢表面具有减摩和耐磨性能超疏水薄膜制备方法，第二步，氢氧化钠浸泡中，所述氢氧化钠溶液的质量分数为40-80％，恒温温度为80-110℃。

上述的45#钢表面具有减摩和耐磨性能超疏水薄膜制备方法，第三步，表面改性中，所述脂肪酸乙醇溶液的浓度为0.001-0.01mol/L，恒温温度为20-60℃，取出后用无水乙醇清洗，氮气吹干，得到超疏水薄膜。 

本发明具有如下优点及有益技术效果：

1、本发明提供的45#钢表面具有减摩和耐磨性能超疏水薄膜制备方法，使得钢表面超疏水薄膜能够长期稳定的保持良好的超疏水性能和优异的减摩和抗磨性能。

2、本发明所制备的超疏水薄膜对高湿度环境下的水汽不润湿，对冷凝形成的液滴具有极小的粘附力，可轻易掉落，能在一定程度上防结冰；并且随着液滴滑落，可以带走灰尘杂质，使得薄膜有自清洁作用。

3、本发明所制备的超疏水薄膜在空气中长期放置超过一年后仍能保持其超疏性特性。

4、本发明所制备的超疏水薄膜制备工艺简单，不需要昂贵的设备，同时原料便宜，技术可操作性和重复性好，实用性强，易于实现大批量制备和工业化生产。 

附图说明

图1是本发明实施例1中过程中各个处理步骤后钢表面上的水滴形态；

图2是本发明实施例1中钢表面具有的减摩和耐磨性能的超疏水薄膜的表面形貌对比图；

图3是本发明实施例1中钢表面具有的减摩和耐磨性能的超疏水薄膜的减小摩擦系数的实验数据示意图；

图4是本发明实施例1的钢表面具有的减摩和耐磨性能的超疏水薄膜的抗磨损的实验数据示意图。

具体实施方式

实施例1

下面参照附图，对本发明提供的钢表面具有减摩和耐磨性能的超疏水薄膜的制备方法，进行详细的说明。

本实施例的钢表面具有减摩和耐磨性能的超疏水薄膜的制备方法，包括以下步骤：

第一步，预处理：先后用丙酮、无水乙醇（分析纯）清洗45#钢表面，以除去试样表面的油脂等杂物，然后用氮气吹干备用；