[发明专利]一种碳钢基体上超疏水耐腐蚀表面的制备方法

说明书

本发明提出一种碳钢基体上超疏水耐腐蚀表面的制备方法，目的是在碳钢基体上制备超疏水表面，提高碳钢的耐海水腐蚀性能。该方法首先将碳钢用金相砂纸打磨、丙酮和无水乙醇冲洗，并用氮气吹干。再将碳钢用硫酸活化后，迅速放入复合电镀液中，使碳钢表面电化学沉积一层Ni‑TiO₂复合镀层。最后，电镀完成后将处理后的基体放入低表面能物质的乙醇溶液中进行修饰，得到一种具有超疏水防腐蚀性能的碳钢。本发明采用成本低廉，制备工艺简单的恒电流电沉积和低表面能物质修饰的方法在碳钢表面制备超疏水表面，长期有效地提高碳钢在海水中的耐腐蚀性能。

技术领域

本发明属于金属表面处理及防腐蚀技术领域，具体涉及一种碳钢基体上超疏水耐腐蚀表面的制备方法。

背景技术

碳钢因其原料丰富、冶炼简便、易于加工、价格低廉，且具有良好工艺性能等优点，广泛应用于日常生活和工业生产中。然而碳钢的表面能较大，水滴容易在其表面铺展发生腐蚀，严重影响产品的使用寿命，造成巨大的经济损失，因此在碳钢表面采取有效的防腐措施刻不容缓。

近年来，超疏水表面因其独特的自清洁、疏水防污、减阻减磨等功能被广泛应用于金属腐蚀防护领域。利用液滴与超疏水表面微纳米结构之间留存的气垫，将液滴与基体隔离，从而保护基体不被腐蚀。常见的超疏水表面的构建主要有两种，一是在低表面能的材料上构建粗糙微纳米结构；二是用低表面能物质修饰粗糙微纳米结构。现阶段，常见的制备超疏水表面的方法包括刻蚀法，溶胶凝胶法，静电纺丝法，化学气相沉积以及电化学沉积法等。

目前，围绕Q235碳钢表面超疏水的制备报道较少。尽管有科研工作者通过溶胶凝胶法、刻蚀法在Q235钢表面成功制备了超疏水涂层，但是在这些方法中有的工艺过程比较复杂，不易于大规模生产，而且长期耐久性差，限制了其的进一步应用。专利CN102729536A采用化学镀、溶胶凝胶和自组装技术在碳钢表面制备了Ni-P/(TiO₂/ZnO)/ODS超疏水复合涂层，然而该制备方法中需要在80℃镀液中施镀3h，另外需要制备TiO₂溶胶和ZnO溶胶，进行旋涂并热处理，最后再在体积分数为1.0％的ODS甲苯溶液中12h；此工艺比较复杂，周期较长，难以大规模工业生产。王力等用盐水刻蚀后用十七氟葵基三乙氧基硅烷修饰制备超疏水碳钢，但该刻蚀法制备的碳钢超疏水表面长期耐海水腐蚀性能较差。因此探究一种具有成本低廉、制备工艺简单、长期耐蚀性能优异的超疏水碳钢基体表面制备方法，对于碳钢表面防腐蚀具有重大的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种成本低廉、制备工艺简单、长期耐腐蚀性能优异的超疏水碳钢表面的制备方法。

本发明采取的技术方案是：一种碳钢基体上超疏水耐腐蚀表面的制备方法，步骤如下：

(1)将Q235碳钢依次经500、800、1000目的金相砂纸打磨后，再依次用丙酮、无水乙醇超声清洗，最后由去离子水冲洗并用氮气吹干，以除去表面油污和油脂；

(2)将处理好的Q235碳钢放在0.5mol/L的H₂SO₄溶液中活化15～20s后，用去离子水冲洗，迅速放入复合镀液中进行电化学沉积，在碳钢表面形成粗糙微纳米球；所述的复合镀液的主要浓度组成为250g/L NiSO₄·6H₂O，40g/LNiCl₂·6H₂O，40g/L H₃BO₃，0.1g/L十二烷基苯磺酸钠，20～40g/L纳米TiO₂，溶液的pH为3.4～3.6；所述电化学沉积参数为：电镀温度为40℃，电流密度为20～60mA/cm²，电镀时间为15～60min；

(3)将沉积后的Q235碳钢用去离子水洗，烘干后，放入低表面能物质的乙醇溶液中修饰30min，取出用无水乙醇冲洗后，置于100℃烘箱中干燥2h，即得到超疏水耐腐蚀表面。