[发明专利]一种超疏水金属表面的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料基体表面改性领域，具体涉及一种超疏水金属表面的制备方法。

背景技术

表面润湿性是工程材料的一个重要物理性质，其好坏在某种程度上决定着该材料的应用领域。衡量一种液体在某一固体表面的润湿性的好坏程度可通过接触角判断，它是液/气界面与固体表面之间(包括液体相部分)的夹角。超疏水表面是指静态接触角(CA)大于150°并且滚动角(SA)小于10°的表面，因其在自清洁、防水除湿、抗腐蚀耐氧化、抗结冰结霜、流体运输减阻、传热强化等方面有广泛应用而备受关注。材料表面的超疏水性取决于表面的化学成分和微观形貌，相应地，超疏水表面的制备方法主要着眼于两点：在疏水材料上构建粗糙结构；对粗糙表面进行疏水化修饰。目前超疏水表面的制备主要采用刻蚀法、涂覆法、直接浸泡法、电化学法、喷砂法、氧化法等，研究者采用上述方法在某种金属或复合材料上实现了表面的超疏水性，如中国专利CN101476121A利用低压氧化法在铜表面制备了超疏水薄膜，CN102615036A采用浸泡法制备了钢基体的超疏水表面，CN101191227A经过喷砂和去砂处理制备出具有超疏水钛合金表面，CN101885257A及CN102310037A分别采用浸泡或淋涂法在铝和铝合金上实现了超疏水性，CN101830098A采用涂覆的方法在碳纤维等聚合物基复合材料上取得了超疏水效果。然而以上大部分工艺存在着成本昂贵、过程复杂耗时、不易控制、稳定性差、适用基体单一等不足之处，所制得的表面也普遍存在着结合力差、不耐腐蚀等缺点，难以实现产业化应用与推广，因此，为了满足工业生产及工业应用的需要，开发一种方便快捷、通用性强而又稳定性好的超疏水表面制备方法尤为重要。

发明内容

针对现有技术的不足和局限性，本发明要解决的技术问题是提供一种基体适用范围广的超疏水表面制备方法，即通过电镀镀铜-化学镀银构建金属表面微纳二级结构，再采用低表面能物质修饰获得稳定超疏水性和耐腐蚀性的表面。

本发明公开了一种超疏水金属表面的制备方法，包括如下步骤：

(1)对基体金属表面进行预处理，除去表面油脂和氧化层；

(2)电镀镀铜；

(3)化学镀银；

(4)将电镀镀铜、化学镀银后的基体金属表面进行修饰、热处理、冷却，得到超疏水金属表面。

所述基体为紫铜、黄铜、不锈钢、镍、铁、铝、铝合金和通过化学镀方式覆盖有上述金属的高分子型材。

所述步骤(1)中预处理为将金属表面抛光，依次用去离子水、有机溶剂、稀盐酸和去离子水超声清洗以去除表面油脂和氧化层。

所述有机溶剂为乙醇、丙酮、甲醇中任意一种，所述稀盐酸浓度为0.1～1.0mol/L，超声清洗时间各为5～15min。

所述步骤(2)中电镀镀铜为将预处理后的基体作为阴极板，紫铜板作为阳极板置于电镀槽中进行恒流电镀或脉冲电镀，其中，电镀镀铜的镀液浓度为60～400g/L的CuSO₄·5H₂O溶液和40～150ml/L的H₂SO₄溶液，电镀温度范围为15～45℃，电镀时间5～30min；所述恒流电镀电流密度为0.05～0.50A/cm²，所述脉冲电镀电流变换周期为6～20s，高低峰电流持续时间比为3:7～7:3，高峰电流密度为0.10～0.50A/cm²，低峰电流密度为0.05～0.15A/cm²。

优选地，所述恒流电镀电流密度为0.06～0.22A/cm²，恒流电镀温度为20～30℃，电镀时间为15～20min；脉冲电镀电流变换周期为12～18s，高低峰电流持续时间比为5:5～7:3，高峰电流密度为0.10～0.20A/cm²，低峰电流密度为0.08～0.15A/cm²，脉冲电镀温度为25～35℃，电镀时间为8～15min，电镀镀铜的镀液为CuSO₄·5H₂O和浓H₂SO₄的混合溶液，其浓度分别为125～300g/L和50～100ml/L。