[发明专利]一种具有高机械稳定性及抗腐蚀性超疏水的金属间化合物基防护层的制备方法

说明书

一种具有高机械稳定性及抗腐蚀性超疏水的金属间化合物基防护层的制备方法，其属于超疏水功能表面的技术领域。该方法采用在一定温度下协同其他金属，在某种金属基底表面自组装生长出均匀的金属间化合物薄膜，两界面以共格或半共格方式实现冶金结合，具有较高的结合强度和表面均一性，提高金属界面的机械稳定性和抗腐蚀性。此后，在金属间化合物薄膜表面利用低表面能物质，进行表面修饰，获得具有更为优异机械稳定性的超疏水铠甲化保护层。采用该方法获得的金属间化合物具备抗剪切、抗腐蚀、抗老化、抗结冰、耐高温、超疏水等优异的功能特性，在防撞击、抗磨损、金属材料的腐蚀与防护、自清洁、耐高温、以及解决低温表面结冰问题等领域具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于超疏水功能表面的技术领域，具体涉及一种在金属表面制备高机械稳定性和抗腐蚀性超疏水表面的通用方法。

背景技术

腐蚀是自然界存在的一个不可逆的热力学演化过程，每年因金属腐蚀造成的经济损失约为国内生产总值的3%，因此，材料的腐蚀缓蚀特性研究是一个值得学术界和工业界共同关注的重要课题。主要依靠氧化膜而实现的金属表面的防腐机制，在强腐蚀物质或长时间有害物质的攻击下极易瓦解，通过探究自然界的超浸润现象而提出利用人工仿生策略来构筑具有超亲水或超疏水功能的人工表面或界面，可作为具有优异的抗腐蚀屏障层材料，但是由于表面结构粗糙度与表面化学组成的要求，超疏水界面通常机械强度低、机械稳定性差且抗磨损性差，这一弊端也成为了限制超浸润结构在实际应用中发挥重要作用的最大障碍。而超疏水性与机械性能不可调和的矛盾严重阻碍了超疏水材料于更大范围内作为防腐材料的应用。利用简单的方法在金属表面获得机械稳定的超疏水界面，可以有效提高金属材料的抗腐蚀性。

由此，我们想到金属间化合物具有优异的机械稳定性、高强度高硬度和优异的耐腐蚀性，于是发现新的防腐蚀界面构筑方案。利用特定方法在金属表面形成微米级金属间化合物层，与原金属表面以冶金结合的方式实现焊接互联，有效避免了一般超疏水表面与基底粘附性差的问题，具有极高的机械强度和机械稳定性，并极大地提高了金属抵抗磨损与撞击的能力。再在纳米结构尺度上对这一功能表面进行设计，研究表明，通过在固体表面嫁接长链脂肪酸可以有效降低固体表面能以获得超疏水的表界面，本方法使用低表面能有机物简单浸润的方式，在金属间化合物表面实现超疏水目的。

发明内容

本发明提出了一种具有高机械稳定性和抗腐蚀性超疏水的金属间化合物基防护层的制备方法，主要是借助于热诱导界面反应法加溶液简单浸泡法实现超浸润功能表面的制备。根据反应体系不同，相应的选择不同的反应温度（等于或高于临界反应温度），可在金属表面得到具有良好保护作用的金属间化合物层，这种金属间化合物层可起到铠甲的作用。然后在金属间化合物表面再嫁接长链脂肪酸，可成功构建出兼具机械稳定性和超疏水性能的功能界面，在构建人工功能界面方面可以进一步扩大这种设计方法的适用范围。在充分利用金属间化合物共性的同时（良好的机械性能），还可以进一步发挥各种金属间化合物的优良特性，如抗氧化性、高温蠕变性、抵抗应力腐蚀开裂的能力等，可通过适当的合成方法扩宽金属间化合物表面的应用领域，例如在延长金属材料的寿命方面就有非常广阔的应用前景。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种具有高机械稳定性及抗腐蚀性超疏水的金属间化合物基防护层的制备方法，包括以下步骤：

（1）金属A基底表面生长出均匀的金属间化合物A_mB_n薄膜，金属间化合物薄膜A_mB_n中基底金属元素A选自Cu、Ni、Fe、Co、Al、 Zr、Ti不同合金体系中的主要组元，金属元素B选自Cu、Ni、Fe、Co、Al、 Zr、Ti不同合金体系中的与元素A对应的次要组元；金属间化合物薄膜A_mB_n中基底金属元素B采用电镀、化学镀、蒸镀、磁控溅射或化学气相沉积工艺方法获得；