[发明专利]一种钛表面超疏水复合涂层及其制备方法

说明书

本发明提供了一种钛表面超疏水复合涂层及其制备方法，所述制备方法包括：对钛试样表面进行预处理；配置适于构建微纳米阵列乳突结构的基础电解液；在所述基础电解液内加入低表面能有机乳液，分散均匀形成微弧诱导/热压场辅助等离子体氧化电解液；将预处理后的钛试样置于所述微弧诱导/热压场辅助等离子体氧化电解液中，以不锈钢板或不锈钢池为阴极、所述预处理后的钛试样为阳极，进行微弧诱导/热压场辅助等离子体氧化，在所述预处理后的钛试样表面形成钛表面超疏水复合涂层。本发明通过一步法在钛表面构建出超疏水“荷叶”形貌，操作过程安全、高效、易操作，且不含任何有毒的有机溶剂或副产品，适于推广。

技术领域

本发明涉及钛表面改性领域，具体而言，涉及一种钛表面超疏水复合涂层及其制备方法。

背景技术

钛及钛合金具有比强度高、耐热性好、耐腐蚀好等优良特性；而超疏水表面具有自清洁、减阻减摩、防结霜、抑制表面腐蚀等特点。因此，提高钛或钛合金表面的疏水性，对航空航天、舰船、兵器等工业发展有着极其重要的意义。

而现有的通过金属表面改性制备超疏水涂层的主要方法有：自组装、激光、化学转化、阳极氧化复合、电沉积、溶胶凝胶、PVD、CVD等，但上述方法存在各自的不足：比如涂层生长效率低、厚度有限或污染环境或工艺复杂、设备昂贵或温度控制严格、易破坏基体、成品率低等。

发明内容

本发明解决的问题是如何提供一种安全、高效、环保、易操作、可设计性强的在钛表面制备超疏水多层复合涂层的方法。

为解决上述问题，本发明提供一种钛表面超疏水复合涂层的制备方法，包括：对钛试样表面进行预处理；配置适于构建微纳米阵列乳突结构的基础电解液；在所述基础电解液内加入低表面能有机乳液，分散均匀形成微弧诱导/热压场辅助等离子体氧化电解液；将预处理后的钛试样置于所述微弧诱导/热压场辅助等离子体氧化电解液中，以不锈钢板或不锈钢池为阴极、所述预处理后的钛试样为阳极，进行微弧诱导/热压场辅助等离子体氧化，在所述预处理后的钛试样表面形成钛表面超疏水复合涂层。

可选地，所述基础电解液包括水合硅酸钠、偏磷酸钠和氢氧化钠，溶剂为水，所述硅酸钠、所述偏磷酸钠和所述氢氧化钠的浓度比为(6-10):(2-3):1。

可选地，所述微弧诱导/热压场辅助等离子体氧化的参数包括：电解液温度为70-90℃、脉冲电压为600-1200V、电流密度为80000-15000A/m²以及微弧诱导/热压场辅助等离子体氧化时间为10-60min。

可选地，所述低表面能有机乳液包括氟碳树脂、有机硅树脂、氟硅树脂、聚四氟乙烯和含甲基硅氧烷中的一种或多种。

可选地，所述微弧诱导/热压场辅助等离子体氧化电解液中所述低表面能有机乳液的体积份数为10％-60％。

可选地，所述对钛试样表面进行预处理包括：将所述钛试样的表面依次用800#、1000#、1200#和1500#砂纸抛光，然后分别用丙酮、去离子水进行超声清洗。

可选地，所述钛试样包括TA2、TA3、TA4、TC4或Ti2448钛合金中的一种。

相对于现有技术，本发明提供的钛表面超疏水复合涂层的制备方法具有以下优势：

(1)本发明通过优化基础电解液，调控具有微纳米阵列乳突结构的陶瓷层，并通过在基础电解液中添加低表面能有机乳液，在脉冲放电和微弧放电的冲击局部电场内，实现高温效应和实质性的压力梯度，从而使得低表面能有机纳米粒子以具有微纳米阵列乳突结构的陶瓷层为骨架，以爬行生长的方式，形成多尺度分层微纳乳突结构；这样通过一步法在钛试样表面构建出超疏水“荷叶”形貌的制备方法，操作过程安全、高效、易操作，且不含任何有毒的有机溶剂或副产品，适于推广。