[发明专利]金属基水中拒油表面及其加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属基水中拒油表面及其加工方法，属于界面材料改性技术领域。

背景技术

水中拒油表面的设计是功能材料研究的主要方向。水中拒油表面是指在油/水/固三相体系中，油滴在固体表面的静态接触角大于150°，且具有极低的粘附性。一般来说水中拒油表面应该是在油/水/固三相体系中，油滴在固体表面既具有较大的静态接触角又具有较小的滚动角。自然界中存在着生物水中拒油表面，例如荷叶下表面、鱼鳞和贝壳表面等。通过模仿他们的表面形态，人造的水中拒油表面在自清洁、防污染、油/水分离和油滴操纵等方面存在巨大的应用价值。利用水中拒油表面的物理和化学特性来吸收水分子形成水化层，减少接触有机液体，从而实现水中拒油功能。然而，大部分的水中拒油表面通常是以柔软的材料(聚合物或胶体材料)作为基底，在较小机械作用下也会产生材料变形或表面损坏，失去水中拒油性能。

目前，已报道的制备水中拒油表面方法有很多，包括等离子体刻蚀，溶胶-凝胶法，电聚合，光聚合，模板法，层层自组装，化学气相沉积和飞秒激光加工等，但这些方法在制备过程中表现出成本高、工艺复杂、不能批量生产、制备周期长及制备面积小等缺点，使得水中拒油表面的大规模工业生产和应用受到了极大的限制。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种金属基水中拒油表面及其加工方法。

本发明提供的金属基水中拒油表面，以金属材料为基底，表面加工有微结构。

进一步的，所述金属材料为铝合金、黄铜、钛合金或不锈钢。

进一步的，所述微结构为沟槽阵列结构或方柱阵列结构，沟槽阵列结构凸起宽度a为50-200μm，微结构间距b为100-200μm，方柱长度c和宽度c分别为25μm-150μm，微结构高度h为50μm以上。

进一步的，所述金属基水中拒油表面在水下油的接触角为153-163°。

进一步的，所述金属基水中拒油表面拒油种类为二氯乙烷、三氯甲烷、煤油、大豆油以及重油。

本发明还提供上述金属基水中拒油表面的加工方法，包括如下步骤：

步骤一、开启微铣削加工机床的稳压电源，待机床显示屏显示各轴位置情况，调节速率将各轴归零，调出机床热机程序，进行机床热机；

步骤二、机床热机后，将待加工金属件装卡到微铣削加工机床的加工平台上，利用测头测出待加工金属件的坐标点；

步骤三、用网线将电脑与微铣削加工机床相连，将待加工金属件表面微结构的程序从电脑中导入机床，从机床程序库中调出所述程序使机床开始加工，机床根据程序在待加工金属件表面加工微结构，同时开启冷却液，待加工结束后，卸下金属件；

步骤四、将卸下的金属件超声清洗，得到金属基水中拒油表面。

进一步的，所述步骤一的过程为：打开微铣削加工机床电闸开关，开启三相稳压电源，旋转机床开关到ON，待机床显示屏显示各轴位置情况，按下使能开关，然后同时按下Ref和绿色开关，调节速率将各轴归零，之后调出机床热机程序，机床热机20-30分钟。

进一步的，所述步骤二的过程为：将夹具基准面擦拭干净，将待加工金属件装夹到机床夹具上，再利用测头在金属件平面上均匀取5个点测出Z值，然后算出平均值，即得到待加工金属件坐标点。

进一步的，步骤三中，在加工微结构之前，采用直径4-6mm铣刀对待加工金属件表面进行平整精加工。

进一步的，步骤三中，所述机床的加工参数为：刀具直径为0.15-1mm，机床转速为5000-42000转/分钟，进给速度为100-1000mm/min，切削深度为20-50μm。

进一步的，步骤三中，所述冷却液为蒸馏水或去离子水。

进一步的，步骤四中，所述的超声清洗的过程为：将加工得到的金属件依次放入无水乙醇和去离子水中分别进行超声清洗10min，以去除表面残留物。

进一步的，步骤四前，还包括，用气枪将金属件表面清理干净，卸下金属件，打扫机床。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明的金属基水中拒油表面具备优异的拒油性质，对油滴具有低粘附性，水下油的接触角为153-163°，表现出水下超疏水性能，适用于二氯乙烷、三氯甲烷、煤油、大豆油以及重油；

本发明的金属基水中拒油表面的加工方法使用精密微铣削设备加工水中拒油表面，一步即可以完成加工，制备工艺简单、设备成本低、制备周期短；