[发明专利]一种在金属上制备无氟超疏水性表面的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料表面处理领域，具体涉及一种在金属上制备无氟超疏水表面的方法。

背景技术

近年来，荷叶表面出淤泥而不染的特性引起了科学研究者的极大关注，运用仿生学的思维，模仿荷叶表面的微纳结构，实现了仿生超疏水材料的形成和发展。由于超疏水表面具有自清洁、水滴无损运输、防冰以及提高耐腐蚀等功能，使超疏水表面成为了近来研究的热点。

虽然，目前出现了很多制备超疏水表面的方法，但制备过程简单、安全、能在多种金属表面制备超疏水表面的方法不多。现有制备超疏水表面主要是通过电沉积法、化学气相沉积法、溶胶凝胶、等离子体刻蚀、层层自主装沉积、浸涂等。超疏水表面的制备往往制备过程并不简单，并且会涉及到易燃易爆有机物，部分超疏水表面制备需要含氟有机物，部分制备超疏水表面的溶液需要特定回收处理，这造成了生产复杂和实际应用中潜在的安全问题，有的制备方法往往对需要制备的基底金属具有局限性，仅仅针对某一种金属或者材料。

中国专利CN103361655A公开了一种在金属铝表面制备超疏水表面的办法，将金属铝与乙酸锌和氨水溶液反应，并经过退火处理制备超疏水表面的办法。中国专利CN106319588A 公开了一种基于电化学沉积制备粗糙镀层，后经过C₄F₈气体处理制备超疏水表面的方法。中国专利CN10219995A公布了一种具有耐高温的玻璃基片与含有PDMS的干锅在马弗炉中煅烧制备超疏水表面的方法。然而，上述方法制备的复杂程度、废液回收处理、可适用的范围、以及是否对环境友好都有部分不足。

发明内容

本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种在金属上制备无氟超疏水表面的方法，利用激光加工制备微纳结构，退火制备二级纳米结构同时PDMS的办法在金属表面制备了无氟的超疏水表面，同时该方法操作安全、制备简单、且无氟环保、适合大面积生产推广。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种在金属上制备无氟超疏水表面的方法，包括以下步骤：

A、预处理：将金属样品用1200目的砂纸打磨去除表面氧化物，再于去离子水超声5 分钟，无水乙醇中超声5分钟，冷风干燥或自然晾干；

B、将步骤A预处理后的金属，利用激光制备线型阵列微观结构，其中激光扫描路径为线性，间距为1～50μm，扫描速度为100～1500mm/s，输出功率为6～20W，频率为20～80KHZ，加工完成后，利用去离子水和无水乙醇超声清洗5分钟，冷风干燥或自然晾干；

C、PDMS固化：将PDMS液体与固化剂，按照10:1的配比，在玻璃器皿中混合搅匀，在真空干燥箱内真空80℃加热进行固化2h，随炉冷却；

D、将步骤B所得试样放置于含C制备的固体PDMS的密闭容器中于鼓风干燥相中退火，退火温度为120～190℃、退火时间为20分钟～10小时，再于空气中自然冷却，即可制备超疏水表面。

优选地，步骤B，所述间距为5μm、10μm或50μm。

优选地，步骤B，所述扫描速度为700～1500mm/s。

优选地，步骤B，所述扫描速度为1000mm/s。

优选地，步骤B，所述输出功率为6W、10W或14W。

优选地，步骤B，所述频率为20KHz。

优选地，步骤C，所述固化剂为道康宁184。

优选地，步骤D，所述退火温度为180℃。

优选地，步骤D，所述退火时间为40分钟～2小时。

优选地，步骤D，所述退火时间为75分钟。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)、通过激光加工和退火可以在金属表面指定区域均匀制备微纳结构；

(2)、在整个过程中没有涉及到有机和无机有毒或者腐蚀性溶液，避免了废液处理、腐蚀生产人员和易燃易爆有机溶剂造成的安全问题；

(3)、退火处理过程中使用的PDMS是一种环保的无氟、经济、环保材料，退火温度没有达到PDMS的熔点，退火过程中PDMS基本没有消耗，可多次重复利用；

(4)、退火过程中金属表面氧化生长了均匀的二级纳米结构。退火也是传统提高材料力学性能的方法，通过合理退火可以在提高材料力学性能的同时，达到材料表面超疏水的功能化；

(5)、该方法制备的金属表面接触角达到150°以上，并且具有较好的自清洁作用，在水中具有银镜效应，可进一步应用在防腐蚀、水滴运输、抗冰冻等方面。

附图说明