[发明专利]一种金属表面构建超疏水涂层的方法

说明书

一种金属表面构建超疏水涂层的方法，将金属基材在50～70℃的碱溶液和50～70℃的酸溶液中清洗，除去表面油脂；采用盐酸水溶液对金属表面在室温下进行化学刻蚀处理，处理时间为5～15min；将具有低表面能的疏水物质自组装到经化学刻蚀处理后的金属表面，然后固化处理。本发明在金属表面构建超疏水涂层，所采用的制备方法对金属的形状没有特殊限制，能在复杂形状试件表面进行涂层。本方法无需特殊设备、工艺简单、易于操作、条件温和，特别适用于换热器翅片等较形状不规则的金属零件，易于工业化批量生产。所得涂层放置较长时间后，仍维持较好超疏水性能。

技术领域

本发明涉及一种金属表面构建超疏水涂层的方法。

背景技术

金属铝是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，相比于铁、铜、钢等常见的金属，铝及其合金具有密度低质量轻、导热性和导电性优良，可塑性好(适用于多种成型方法)、比强度高、易于进行表面处理等一系列优异性能，是一种综合性能十分优良的金属材料。铝合金被广泛应用于机械零件、汽车制造、航空航天工业、电子通讯设备、建筑装饰、空气源热泵系统等众多行业领域。以空气源热泵系统为例，其中的换热器多为铝制品，为了达到良好的散热性能，通常在普通的基管上加装大量的翅片来达到强化传热的目的，该类型的换热器统称为翅片式换热器，简称铝翅片。空气源热泵系统在冬季取暖时，热泵系统处于低温工作区域，换热器的蒸发温度大都低于零度，在换热器上容易产生结霜，结霜后的换热器效率大大降低，系统不得不进行定时化霜，由此产生高能耗等问题。若在换热器上构建超疏水性涂层，当系统在运行时，空气中的水蒸气在换热器上转变为液态，而液态水在表面处理有超疏水涂层的换热器上会自动滑落排除，从而弱化液态水向固体的转变，即结霜过程。因此，在空气源热泵系统的换热器上制备超疏水涂层，对解决换热器结霜的问题具有重要的意义。

通常来说，制备超疏水性表面有两个必要条件：首先要求在物质的表面上构建出一个粗糙的结构，该粗糙表面需要有一定粗糙度的纳米与微米相结合的微/纳米双极结构。其次要求该粗糙的表具有很低的固体表面能。基于以上两个条件，在构建超疏水表面时，通常采用化学刻蚀、溶胶凝胶、电化学沉积、阳极氧化、电纺、激光等方法来构建粗糙的表面形貌；再采用脂肪酸、氟硅烷等低表面能物质修饰以降低表面能。目前，已有文献和专利对在铝合金表面构建超疏水薄膜进行报导，如：徐群杰等在《一种铝合金超疏水表面的制备方法》(专利201510506703.0)中提到的电化学方法，首先采用的金相砂纸将铝片打磨干净，再以三价铈盐和肉豆蔻酸混合溶液为电解液，以铝合金为阴极，通过电化学法在铝合金表面沉积一层铈的有机酸盐，从而得到具有超疏水性质的金属表面。此方法采用的电化学法限制较大且可控性差，同时在前处理步骤中采用的金相砂纸打磨法效率低下，不适宜大规模的工业化生产。王建军等在《一种获得超疏水性铝或铝合金表面的表面处理方法》(专利201410222613.X)中采用激光加工和纳米结构化处理在铝合金上构建粗糙的表面结构，再通过化学气相沉积或溶液修饰的方式将疏水分子组装到粗糙的表面上以降低表面能，从而构建出具有超疏水性质的铝合金表面。该方法需要特殊的加工设备，工艺复杂，没有从本质上解决简化工艺、降低成本的问题。肖怡等在《改进金属材料表面疏水性的方法》(专利200610038572.4)中，通过利用高压空气流将砂砾通过喷枪对铝合金表面进行粗糙化处理，然后在其表面涂覆低表面能物质来实现超疏水性能，该方法处理后的铝合金表面接触角多低于150°，达不到超疏水的效果。

上述提到的方法多用于片状、线状等表面完全裸露的铝材，而翅片式换热器通常由数百张铝片以1mm左右的间距叠加起来，结构复杂且铝片间在物理空间上相互遮挡，因此目前已有报道的方法较难在铝翅片上实现均匀的表面处理。比如：砂纸无法打磨到铝片中堆叠起来的部分，电化学法要求对翅片提出了额外的导电性要求，化学气相沉积法无法将超疏水沉积物组装到堆叠部分的铝片上，等等。

发明内容

为克服现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种在金属表面构建超疏水涂层的方法，该方法不受金属基材结构的影响，并且本发明采用的方法操作条件温和、成本低廉、性能稳定，适用于工业化生产。