[发明专利]一种具有自修复特性的超疏水不锈钢表面的制备方法

说明书

本发明属于功能材料技术领域，涉及一种具有自修复特性的超疏水不锈钢表面的制备方法。本发明提出的一种具有自修复特性的超疏水不锈钢表面的制备方法具体为：采用电沉积方法制备超疏水结构。一方面利用亚麻酸对不锈钢的蚀刻；另一方面利用改性氧化石墨烯在不锈钢表面强的吸附力，从而形成高阻挡性能的膜层，来构筑超疏水表面；同时，通过在不锈钢表面沉积得到二氧化铈自修复膜层，使得超疏水不锈钢具有优良持久的耐蚀性能，缓蚀效率达97%以上，具有广泛的工业应用前景。

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种具有自修复特性的超疏水不锈钢表面的制备方法。

背景技术

不锈钢作为一种通用金属材料，因其良好的耐腐蚀性、耐热性、低温强度和机械特性，冲压弯曲等热加工性好，无热处理硬化现象，被广泛应用于化工、电力、航海、兵器等领域，制作热交换设备、容器、阀门、泵、涡轮、轴等机械和部件。然而暴露于腐蚀性介质，尤其是含氯离子环境中时，会发生严重的腐蚀。

近年来，受“荷叶效应”的启发，与水滴接触角大于150°的超疏水表面由于其强大的疏水特性使得水分子以及腐蚀性离子难以渗入超疏水表面内部，从而显著提高金属材料的耐蚀性能。

另一方面，CeO₂因其突出的化学稳定性、耐蚀性和自修复特性，是目前国内外公认的具有优良耐蚀性能的高毒性Cr(VI) 转化膜的主要替代品，因而在金属材料的防护领域具有潜在的广阔应用前景。

目前，常用硬脂酸对金属材料的蚀刻作用在金属材料表面构筑超疏水结构，然而此超疏水结构寿命较短，长期浸泡于腐蚀性介质中易被破坏。而目前报道的超疏水表面制备方法要么需要苛刻的设备，要么制备时间太长。

因此，研制一种简单高效且长寿命的超疏水不锈钢的制备方法具有重要经济意义和社会意义。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种快速且长寿命的超疏水不锈钢的制备方法，该方法构筑的超疏水结构稳定，尤其适用于304不锈钢在3.5% NaCl溶液腐蚀介质中的防护。

本发明提出一种具有自修复特性的超疏水不锈钢表面的制备方法，该制备方法包含以下三个步骤：

第一步，不锈钢预处理：

不锈钢首先分别经60目、120目、320目、600目及1200目砂纸打磨，以除去表面的杂质、氧化物，再用无水乙醇、丙酮超声清洗10分钟，除去有机物，然后经N₂吹干备用；

第二步，电解液配制：

分别取3个体积为100 mL的烧杯，其中一个烧杯中将硝酸铈溶解于去离子水；第二个烧杯中将亚麻酸溶解于无水乙醇中；第三个烧杯中将烷基化改性氧化石墨烯溶解于去离子水，并超声分散1小时至溶液均匀透明，然后将这三个烧杯中的液体混合，磁力搅拌半个小时，再超声分散2小时至混合溶液均匀透明；

第三步， 电沉积制备超疏水结构：

采用ZF-9恒电位仪进行恒电压电沉积，将经处理的不锈钢作为工作电极浸泡于上述电解液中，以大面积铂片为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，设置电沉积电压值为5- 20 V，电沉积时间为4 - 12h，电沉积过程中将电沉积装置置入恒温水浴锅中，设置温度为30-50℃，得到具有自修复特性的超疏水不锈钢表面。

优选的是，所述混合溶液中各化学物质的质量分数分别为：烷基化改性氧化石墨烯10% - 20%、亚麻酸20% - 30%、硝酸铈5% - 10%、无水乙醇20% - 40%、去离子水20% -30%，各组份百分含量之和为100%。

在上述任一方案中优选的是，所述亚麻酸以及硝酸铈均为分析纯化学试剂。

本发明具有以下优点：