[发明专利]一种铝及铝合金表面超疏水保护膜的电化学组装方法

说明书

本发明公开了一种铝及铝合金表面超疏水保护膜的电化学组装方法，该方法首先对铝板(铝合金板)进行抛光并清洗，随后配制沉积CuO的前驱体溶液，先在去离子水中溶入硫酸铜，溶解过程持续搅拌并加入丙醇酸，采用氨水将溶液的pH值调至10左右，以铝板(铝合金板)作为工作电极，Ag/AgCl为参比电极，铂片为对电极，电化学沉积过程持续以磁力搅拌器搅拌前驱体溶液，保证溶液中各离子的均匀分布，并以压缩空气机向前驱体溶液中通入空气，在此过程中实现一步电沉积获得CuO的微纳分级结构，辅以低浓度十八烷酸乙醇溶液的浸泡烘干，从而在铝板表面获得超疏水保护膜，该组装方法简单易控，可推广至其它金属表面超疏水保护膜的制备。

技术领域

本发明属于金属表面保护涂层制备技术领域，具体涉及一种电化学的铝及其合金表面超疏水保护膜的组装方法。

背景技术

铝及其合金因其轻质、低成本、高机械强度及良好的塑性和加工性而被广泛应用于航空、汽车及建筑领域。然后铝及其合金因在严苛工作环境，如高盐、高湿及高浓度灰尘环境下表面腐蚀及污损所导致的性能衰减限制制了它的进一步发展。超疏水膜已在自清洁、抗腐蚀、抗结冰及抗菌等功能性应用得到较为广泛的研究。因此，在铝及铝合金表面组装疏水保护膜对于改善其表面抗污和抗腐蚀性能都有极为重要的作用。

目前已有一些金属基材表面组装超疏水膜的方法被报道，如浆料喷涂方法无法实现大尺寸异型构件表面均匀组装以及无法实现表面微纳结构分级设计等不足；喷砂抛光方法对设备要求较高，亦无法实现大尺寸异型构件表面均匀组装及成本较高等不足；化学刻蚀方法在薄膜组装过程中引入酸液或碱液，对环境不友好，且对于微纳结构的设计不易控等缺点；水热法在制备大尺寸构件时对于设备的需求较高及成本较高；表面氟化方法存在成本高，对设备要求高及含氟溶液对环境不友好等不足。因此，上述技术方法虽然各具优势，但均无法同时满足低成本、大尺寸异型构件表面均匀组装、微纳结构设计、易控及薄膜组装过程环境友好等优势。

本发明所提出的电化学法在铝及其合金表面组装超疏水膜具有以下创新点：通过电化学法可在大尺寸异型金属构件表面实现金属氧化物的微纳结构组装，可精准调控薄膜表面的粗糙度，从而获得出色的超疏水性能。最为关键的是本发明可以解决大尺寸异型构件表面均匀组装微纳结构薄膜及成本的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铝及铝合金表面超疏水保护膜的电化学组装方法。

为了达到上述目的，本发明提供的铝及铝合金表面超疏水保护膜的电化学组装方法是首先首先分别采用不同目数的砂纸和抛光粉对铝板或铝合金板进行抛光，随后将其置于清洁液、乙醇、丙酮和异丙醇中超声完成清洗。紧接着配制沉积CuO的前驱体溶液，先在去离子水中溶入适量的硫酸铜粉末，溶解过程持续搅拌，随后加入一定量的丙醇酸，再采用氨水将前驱体溶液的pH值调至10左右，溶液陈化后备用。采用电化学工作站和三电极系统，以铝板(铝合金板)作为工作电极，Ag/AgCl为参比电极，铂片作为对电极，将三电极系统浸入上述前驱体溶液中，开始电化学沉积过程，沉积过程持续以磁力搅拌器搅拌前驱体溶液，保证溶液中各离子的均匀性，并以压缩空气机向前驱体溶液中通入空气，在此过程中实现一步电沉积完成CuO的直接制备，获得CuO的微纳分级结构，辅以低浓度十八烷酸乙醇溶液的浸泡烘干，从而在铝板表面获得超疏水保护膜。

所述的沉积CuO微纳结构的前驱体溶液中硫酸铜浓度为25-35mM，丙醇酸的量约为前述水溶液体积的15％-20％，采用氨水将前驱体溶液的pH调至10左右；所述的电化学沉积微纳结构的CuO薄膜的沉积电压为-0.65至-0.75V，沉积时间为300-2000s，沉积过程中持续通入空气的气压约为0.2MPa；十八烷酸溶液的浓度为20-40mM，烘干温度为60-80℃。

本发明提供的铝及铝合金表面超疏水保护膜的电化学组装方法具有如下特色及优势：此方法可以实现低成本、大尺寸异型构件表面均匀组装、微纳结构设计、操作简单易控及薄膜组装过程环境友好等优势。本团队已基于此发明所提出方法在铝及其合金表面制备出水滴静态接触角大于160°的超疏水膜，滚动角3.5°。而且此组装方法亦适用于其他金属基底或导电基底，应用范围广。