[发明专利]一种基于电弧处理制备金属超疏水表面的方法

说明书

技术领域

本发明涉及电弧焊技术和表面处理技术，具体涉及一种基于电弧处理制备金属超疏水表面的方法。

背景技术

生活生产中，很多工具器件常年暴露在多尘、多水等污染严重的环境中，粘上这些污渍后的器件较难清理，并且会对器件功能造成较为严重的影响。鉴于此，愈来愈多的人迫切希望这些器件能够实现自清洁功能，因此研究如何使器件本身具有超疏水性能具有重大意义。电弧焊设备轻便，搬运灵活，能够适用于各种厚度、结构、形状的金属材料；因其具有气体电离及阴极电子发射的特点，为制备粗糙微/纳多孔表面提供技术支持。氟硅烷水解液对表面的修饰作用，使得表面的的润湿角显著变大。因此，本发明结合两者技术特性制备超疏水表面。

发明内容

本发明的目的是利用电弧焊焊接过程中的阴极放电效应对表面处理好的金属表面制备多孔结构，用涂料对其进行填充制备超疏水表面，提供了一种结合焊接技术、表面处理技术制备超疏水表面的经济、高效的新技术。

为实现上述目的，本发明采用了下述技术方案：

一种基于电弧处理制备金属超疏水表面的方法，其特征在于，其方法为：利用电弧焊阴极放电特性，对板材表面进行电子轰击，形成多孔结构，增大表面粗糙度；再利用氟硅烷这种低表面能物质对多孔结构进行修饰和填充，制备出金属超疏水表面。

进一步的，上述的基于电弧处理制备金属超疏水表面的方法，所述的电弧处理具体为：利用直流钨极氩弧焊、保护气体和钨极，将电源的正负极分别连接钨极和被处理工件，引燃电弧，在钨极与板材间发生放电，电弧产生的阴极电子轰击板材表面产生多孔结构；保护气体为电弧处理过程提供气体保护防止金属表面氧化；同时可在电源控制面板对电弧电压、电弧电流进行调节控制。

进一步的，上述的基于电弧处理制备金属超疏水表面的方法，所述的利用氟硅烷对多孔结构进行修饰和填充，具体操作为：在氟硅烷水解后，将板材浸泡2-8小时后，再在室温条件下自然晾干或烘干即可。

上述的制备多孔结构，其原理是：润湿性作为材料的一种重要的性能，由表面形貌和化学组成共同决定。固体表面的润湿性由其粗糙度和表面自由能共同决定，光滑的平面通过改变表面自由能，其接触角最大可以达到120°，而提高表面粗糙度可以使接触角得到很大的提高。接触角越高，其疏水性能越好。

上述利用氟硅烷修饰处理，氟硅烷是一种低表面能物质，由于氟硅烷会发生水解和缩聚反应，氟硅烷中的疏水基团对降低复合材料表面自由能有非常重要的作用。

本发明的有益效果是：本发明的方法使用的主要设备为电弧焊机，用时装入，不用时移出另放，节能、方便、快捷、成本低；对制备环境要求不高、操作简单。涂料填充过程，原料来源丰富、价格低廉，对环境污染小。因此本发明具体一定的应用价值与前景。

附图说明

图1为本发明的简要流程图。

图2为电弧处理前后的铝合金表面SEM对比图。

图3为氟硅烷修饰与不修饰的对比图。

具体实施方式

如图1所示，一种基于电弧处理制备金属超疏水表面的方法，主要步骤为：

1、电弧处理前处理：用酒精、丙酮等常规手段将平板板材表面清理干净待用。

2、电弧处理：将常规方法处理过的板材与焊机正负端连接，连着负极的夹子夹住板材，焊枪对准板材表面。通过改变焊接电流、电压来控制电弧大小。一段时间后，形成多孔结构粗糙表面。

3、氟硅烷修饰处理：在经过化学腐蚀后的板材试样上旋涂氟硅烷水解液,最后将修饰好的试样放入烘箱中干燥制备超疏水表面。

以铝合金板材为例，制备方案简述如下：(1)表面微/纳多孔结构制备：将经过常规预处理后的铝合金工件清洗待用,采用电弧处理工艺在铝合金表面获得粗糙化的微/纳多孔表面；电弧处理过程如上所述,即可在铝合金工件表面获得微/纳多孔结构，如图2，图2为电弧处理前后的铝合金表面SEM对比图（a/b未处理，c/d分别对应a/b的处理后的微观图）。(2)化学腐蚀：将电弧处理后的铝合金清洗后浸入丙烯酸溶液中处理0.5～2h,处理温度为80±3℃；(3)疏水化处理：在经过化学腐蚀后的镁合金试样上旋涂氟硅烷水解液,最后将修饰好的试样放入烘箱中干燥,即可得到铝合金超疏水表面。

图3为氟硅烷修饰与不修饰的对比图（左边为未修饰图，右边为修饰后图）。