[发明专利]一种碳钢表面超疏水锌铁复合涂层的制备方法

说明书

本发明公开了一种碳钢表面超疏水锌铁复合涂层的制备方法。本发明首先使用碱性丙三醇无氰镀锌铁电解液，通过恒电位极化电沉积制备锌铁合金涂层，然后将镀件沉浸于十四酸溶液中制备了超疏水涂层。本发明制备方法简单，生产成本低，适于大规模工业化生产。本发明所用碱性电解液对设备无腐蚀，解决了酸性工艺中随电流密度变化镀层中合金成分变化较大的问题，镀液成分稳定。本发明所制备的超疏水涂层具有自清洁、防污、长期耐腐蚀性等特性，其接触角范围为150°~165°，滚动角小于10°。

技术领域

本发明涉及一种碳钢表面超疏水锌铁复合涂层的制备方法，属于钢材的表面涂层处理技术领域。

背景技术

碳钢等钢铁材料作为日常生活中最常用的材料之一，由于其低成本和良好的机械强度而被广泛用于制造各种设备和金属构件。但碳钢长时间暴露于外部环境中，会受到严重的腐蚀。碳钢的外表面极易与大气、水、土壤等环境中的介质（水、酸、碱、盐等）发生化学以及电化学腐蚀，产生锈蚀。而延长碳钢在各种工业和生产生活应用中的使用寿命和应用范围，是当前腐蚀科学研究面临的重大挑战。

防止碳钢腐蚀最有效、经济的办法是对碳钢基材表面涂镀加工处理，利用外加镀层使碳钢表面性能优化来提高钢材的耐蚀性，从而延长使用寿命和利用效率。电沉积被认为是制备合金涂层的简单且成本低廉的技术。电沉积二元Zn-Fe合金涂层已被广泛研究，并证明与纯Zn镀层相比具有优异的性能。由于锌电极电位比钢的要负，在腐蚀性环境中，锌的快速溶解导致了涂层的使用寿命降低。而与铁合金化后，使得涂层的电位更加接近碳钢基材的电位，从而尽可能的增加涂层的耐腐蚀性能。但是，由于进入21世纪，随着社会的进步，人们对可持续发展投入了更多的关注，对环保、节能、安全等方面的要求越来越高，生产高性能、低成本、多功能化防护涂层成为了目前的发展趋势。而电沉积Zn-Fe合金涂层性能单一，以及Zn-Fe合金涂层表现出亲水性能，其在抗污染、自清洁、防冰和长期耐腐蚀等免维修功能方面有待提高。

近年来，莲叶表面的自清洁效果引起了人们的很大兴趣。在最轻微的引力下，水滴可以从莲花叶上滚落，带走污染物。这种润湿行为称为超疏水性，表面水接触角大于150°，滑动角小于10°。因此，它可以考虑在碳钢与腐蚀性物质界面中进行类似的过程，通过从钢表面排斥物质来使腐蚀抑制，并使它们在外力作用下滚动。一般来说，高表面粗超度和低表面能，对于制造超疏水是必不可少的。

申请号为CN105420735A的中国发明专利，公开了“一种超疏水氟硅烷复合薄膜及其制备方法”，其通过在青铜文物表面利用氟硅烷物质（十三氟辛基三乙氧基硅烷，十七氟癸基三乙氧基硅烷和 4-甲基 -十三氟癸基三乙氧基硅烷）制备氟硅烷复合薄膜达到超疏水性能。此种通过使用含氟的物质存在缺陷，由于含氟物质对环境有污染，容易危害人体健康。

申请号为CN108707933A的中国发明专利，公开了“超疏水镀锌碳钢的镀锌液及其制备方法”，其通过使用硼酸维持镀锌液为酸性溶液进行镀锌层，然后进行表面羟基化处理，最后浸泡于硬脂酸溶液中，2~15h后取出放入100~105℃的烘箱中3~6h得到超疏水涂层。该方法中，酸性电解液会对设备基材等产生腐蚀，而且使用高温干燥容易烫伤人。

如前所述，电沉积Zn-Fe合金涂层被广泛研究与应用，但由于其功能单一以及亲水性，不具有自清洁、防污等性能。

发明内容

本发明的目的是针对上述提及的现有技术的缺陷与不足，提供了碳钢表面超疏水锌铁复合涂层的制备方法，采用丙三醇无氰镀锌铁液，通过恒电位极化电沉积制备锌铁合金涂层，电解液成分简单，无污染，对设备无腐蚀，成本低廉，同时，所制备的超疏水Zn-Fe合金涂层易于在其他金属材料上制备，适合大规模生产。