[发明专利]一种超疏水表面复合膜的制备及其在金属腐蚀防护中的应用

说明书

本发明属于金属腐蚀防护领域，特别涉及一种MXene/氟代硅烷(FAS)超疏水表面复合膜的制备及其在金属腐蚀防护中的应用。所述应用方法如下：金属试样表面预处理，γ‑GPS硅烷改性SiO₂纳米颗粒并制备分散液，MXene/FAS混合溶液的配制，将上述两种分散液在预处理的金属试样表面依次旋涂成膜，将旋涂后的金属试样室温干燥，随后于烘箱中固化成膜。本发明采用MXene/FAS超疏水复合膜表面防护技术，使其具有优异的超疏水自清洁性能和耐蚀性能，能显著提升金属材料的表面持久清洁和防腐蚀性能。另外，本发明制备的防护膜操作简单、满足环保的要求。其中，MXene的掺杂能有效阻碍腐蚀介质的扩散，提高复合膜的耐腐蚀性能。

技术领域

本发明属于金属腐蚀防护领域，特别涉及一种MXene/氟代硅烷(FAS)超疏水表面复合膜的制备及其在金属腐蚀防护中的应用。

背景技术

金属材料在人类的生产生活中扮演着至关重要的角色，然而金属腐蚀却造成了金属材料极大浪费。其中以铝合金为例，其具有优良的物理机械性能：密度低、电磁性能好、强度重量比高等等，这使铝合金在航空航天和汽车等各个行业充分应用。然而，其耐蚀性较差，限制了它更广泛的应用。金属腐蚀大多数发生在金属基体与水、氧或其他腐蚀环境接触时，若减少接触或彻底隔绝腐蚀环境将极大降低腐蚀发生的趋势。

人们已经采取了很多防护措施来减少金属材料腐蚀造成的经济损失，目前的众多防腐方法中，采用涂膜进行防腐因制造简便、经济适用、性能优异等优点而表现突出。但是依然存在一些问题，比如涂层表面亲水导致表面极容易被水和污染物长期附着，随着时间延长腐蚀物质必然通过涂层微孔渗入金属基底，长此以往导致涂层失去防护作用。

为了解决上述问题，研究人员受的自然界“荷叶效应”启发，应用了低表面能的全氟代硅烷偶联剂，偶联剂通过Si-O-金属的化学键能稳固附着在金属表面，硅烷之间又可通过相互交联形成三维网状的防护膜，从而对金属达到有效防护。在硅烷溶液中加入一些纳米材料可以对硅烷膜进行改性，以提升其防护性能。为了增加超疏水膜的耐腐蚀性能，我们引入了MXene二维材料，MXene的掺杂能有效阻碍腐蚀介质的扩散，提高复合膜的耐腐蚀性能。此外，耐磨性差一直是超疏水膜潜在的问题，为了解决这一问题，我们引入了经过环氧基团改性的SiO₂纳米粒子，通过层层组装制备了超疏水的MXene/FAS复合膜，不但增加了其耐磨性更有效的提升了其耐腐蚀性能，十分适合工业化应用。

发明内容

本发明制备了一种MXene/氟代硅烷(FAS)的超疏水表面复合膜，并研究了它在金属腐蚀防护中的应用。该表面复合膜克服了传统超疏水膜耐磨性不足的缺点，并且能够有效阻碍腐蚀介质向金属基体的扩散，极大提升复合膜的耐腐蚀性能，且工艺操作简单，利于工业化应用。

本发明制备了一种MXene/氟代硅烷(FAS)的超疏水表面复合膜，并研究了它在金属腐蚀防护中的应用。该表面复合膜克服了传统超疏水膜耐磨性不足的缺点，并且能够有效阻碍腐蚀介质向金属基体的扩散，极大提升复合膜的耐腐蚀性能，且工艺操作简单，利于工业化应用。

为了达到上述目的，本发明提供了一种MXene/FAS超疏水表面复合膜的制备及其在金属腐蚀防护中的应用。

作为优选，所述硅烷选自γ-GPS和FAS全氟代硅烷，所述金属为铝合金。

应用方法如下：

金属试样表面进行盐酸刻蚀预处理；γ-GPS硅烷改性SiO₂纳米颗粒制备分散液；配制MXene/FAS混合溶液；将上述两种分散液在预处理的金属试样表面旋涂成膜；将旋涂后的金属试样室温干燥，随后于烘箱中固化成膜。

作为优选，所述金属试样表面进行酸刻蚀预处理具体操作如下：