專利名稱：含銅離子和氯離子的鹽溶液刻蝕制備超疏水鋁表面的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬表面改性技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種在鋁及其合金表面快速構(gòu)建超疏水性的制備方法。
背景技術(shù)：
潤濕性是固體表面的重要性質(zhì)之一，常用接觸角衡量，當(dāng)接觸角小于90°時為親水表面,小于5°時為超親水表面,大于90°時為疏水表面,大于150°時為超疏水表面。在自然界中，超疏水現(xiàn)象隨處可見荷葉、水稻葉子等植物葉片具有自清潔效應(yīng)，水黽能夠毫不費力地站在水面上，蝴蝶翅膀能在雨中不被淋濕。超疏水表面具有自清潔、減阻、耐腐蝕和抗結(jié)冰結(jié)霜等特性，而金屬材料在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中又被廣泛地應(yīng)用，因此研究金屬基體超疏水表面的制備方法及應(yīng)用極為重要。鋁及其合金是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的有色金屬，在航空、航天、汽車、機(jī)械制造、船舶等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，因而在鋁及其合金上制備出超疏水表面具 有重要意義。目前，已有多種方法可用于制備超疏水鋁表面。申請?zhí)枮?00510125518. 9的專利申請公開了一種仿生超疏水表面的制備方法，通過氫氧化鈉氧化和旋涂全氟壬烷在鋁及其合金基體上制備出仿生超疏水表面。申請?zhí)枮?00610038572. 4的專利申請公開了一種改進(jìn)金屬材料表面疏水性的方法，利用高壓空氣流將不同目數(shù)的砂丸通過噴槍對鋁表面進(jìn)行噴砂處理來改變其表面形貌，然后在其表面涂覆低表面能物質(zhì)，從而改變鋁表面的潤濕性。申請?zhí)枮?00710156490. 4的專利申請公開了一種輕質(zhì)金屬超疏水表面的制備方法，該制備方法首先對鋁表面進(jìn)行陽極氧化，使之生成一層多孔氧化膜，然后采用低溫等離子體處理技術(shù)對其表面改性，最后在氧化膜表面進(jìn)行化學(xué)修飾來形成超疏水表面。申請?zhí)枮?00910111202. 2的專利公開了一種金屬鋁超疏水表面的制備方法，通過化學(xué)腐蝕和陽極氧化兩步法獲得粗糙結(jié)構(gòu)，最后經(jīng)氟硅烷修飾后獲得超疏水性。申請?zhí)枮?01010521109. I的專利申請公開了一種低成本的鋁合金超疏水表面處理方法，采用鹽酸水溶液對鋁合金表面進(jìn)行化學(xué)刻蝕處理，采用長鏈脂肪酸修飾來降低表面能，最后獲得水滴不易粘附，具有良好超疏水特性的鋁合金表面。申請?zhí)枮?01110273604. X的專利申請公開了一種工業(yè)鋁箔超疏水表面的低損傷制備方法，先將工業(yè)鋁箔浸泡在磷酸和氟化鈉混合水溶液中，在70 °〇恒溫水浴條件下刻蝕5 min，然后在70 °C的液態(tài)硬脂酸中浸泡lh，即可制備出具有超疏水特性的工業(yè)鋁箔表面。除此以外，申請?zhí)枮?00710028672. 3,200810183392. 4,200910212774.X,201010577615. 2,201010210781.9,201010268192.6,201110298431.7,201110007252.3、201110298848. 3,201110273601. 6,201110282445. X,201110273605. 4 的專利申請也公開了一些超疏水鋁表面的制備方法。綜合上述各方法可知，超疏水鋁表面的主要制備過程可分為兩步，一是制備出合適的粗糙結(jié)構(gòu)，二是采用低表面能材料修飾來降低表面能。然而，上述方法雖能實現(xiàn)鋁及其合金表面的超疏水性，但這些方法要么需要復(fù)雜的設(shè)備與工藝，要么需要危險的化學(xué)試劑，且加工效率普遍較低、污染較高。因此發(fā)明一種簡單、易操作、低污染、高效率的制備超疏水鋁表面的方法是非常有必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種簡單、易操作、低污染、高效率的制備超疏水鋁表面的方法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括如下步驟(I)前處理將鋁板進(jìn)行拋磨，再清洗除油。(2)粗糙結(jié)構(gòu)構(gòu)建將除油后的 鋁板浸泡在含銅離子和氯離子的鹽溶液中一段時間，取出后用超聲波清洗機(jī)清洗掉沉積的銅，并烘干；鹽溶液中銅離子的含量不少于0. Imol/L,氯離子的含量不少于0. 2 mol/L ;浸泡時間不少于10 S。(3)將含銅離子和氯離子的鹽溶液刻蝕后的鋁板浸泡在含低表面能材料的乙醇溶液中l(wèi)h，取出后烘干；所述的含低表面能材料的乙醇溶液為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)不小于0. 5%的氟硅烷乙醇溶液、硬脂酸乙醇溶液、月桂酸乙醇溶液或棕櫚酸乙醇溶液。所述含銅離子和氯離子的鹽溶液可為氯化銅溶液、硫酸銅和氯化鈉的混合液、硝酸銅和氯化鈉的混合液。本發(fā)明與現(xiàn)有的超疏水鋁表面的制備技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(I)本發(fā)明無需精密的裝置、復(fù)雜的操作步驟或強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等危險的化學(xué)試劑，具有簡單、易操作、低污染、高效率等優(yōu)點。(2)本發(fā)明的加工效率高，只需幾十秒的刻蝕時間就可獲得超疏水表面所需的粗糙結(jié)構(gòu)。(3)本發(fā)明得到的超疏水鋁表面具有優(yōu)異的疏水性能，水滴在其上的接觸角超過160。，滾動角小于2°。(4)本發(fā)明得到的超疏水鋁表面的疏水性能很穩(wěn)定，將其在空氣及室溫條件下放置幾個月后其表面的超疏水性無變化。


圖I是實施例I得到的超疏水鋁表面的掃描電鏡圖。圖2是實施例I得到的超疏水招表面的疏水不意圖。圖3是實施例2得到的超疏水鋁表面的掃描電鏡圖。圖4是實施例2得到的超疏水招表面的疏水不意圖。圖5是實施例3得到的超疏水鋁表面的掃描電鏡圖。圖6是實施例3得到的超疏水招表面的疏水不意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。實施例I將30 X 40 X 2 mm的鋁板分別通過1200#和1500#砂紙打磨來去除表面的氧
化層和雜質(zhì)。將打磨后的鋁板依次通過無水乙醇和去離子水超聲波清洗，并吹干。然后再將清洗干凈的鋁板浸泡在含I mol/L氯化銅的水溶液中10 S，在鋁板表面上銅離子與鋁發(fā)生置換反應(yīng)，鋁腐蝕成鋁離子，銅離子還原成銅并沉積在鋁表面，鋁板取出后用超聲波清洗機(jī)清洗掉沉積的銅，并吹干。最后，將吹干后的鋁板浸泡在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的氟硅烷乙醇溶液中I h，取出后放入100 °C的烘箱中烘10 min。掃描電鏡顯示，超疏水鋁表面存在由微納米級臺階狀結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的粗糙結(jié)構(gòu)。水滴在其上的接觸角達(dá)168.4°，滾動角僅為0.5°。實施例2將30 X 40 X 2 mm的鋁板分別通過1200#和1500#砂紙打磨來去除表面的氧化層和雜質(zhì)。將打磨后的鋁板依次通過無水乙醇和去離子水超聲波清洗，并吹干。然后再將清洗干凈的招板浸泡在含I mol/L硫酸銅和2 mol/L氯化鈉的水溶液中30 s,在招板表面上銅離子與鋁發(fā)生置換反應(yīng)，鋁腐蝕成鋁離子，銅離子還原成銅并沉積在鋁表面，鋁板取出后用超聲波清洗機(jī)清洗掉沉積的銅，并吹干。最后，將吹干后的鋁板浸泡在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的氟硅烷乙醇溶液中I h，取出后放入100 °C的烘箱中烘10 min。掃描電鏡顯示，超疏水鋁表面存在由微納米級臺階狀結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的粗糙結(jié)構(gòu)。水滴在其上的接觸角達(dá)166. 4°，滾動角僅為1°。實施例3
將30 X 40 X 2 mm的鋁板分別通過1200#和1500#砂紙打磨來去除表面的氧化層和雜質(zhì)。將打磨后的鋁板依次通過無水乙醇和去離子水超聲波清洗，并吹干。然后再將清洗干凈的鋁板浸泡在含I mol/L硝酸銅和2mol/L氯化鈉的水溶液中35 s,在鋁板表面上銅離子與鋁發(fā)生置換反應(yīng)，鋁腐蝕成鋁離子，銅離子還原成銅并沉積在鋁表面，鋁板取出后用超聲波清洗機(jī)清洗掉沉積的銅，并吹干。最后，將吹干后的鋁板浸泡在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的氟硅烷乙醇溶液中I h，取出后放入100 °C的烘箱中烘10 min。掃描電鏡顯示，超疏水鋁表面存在由微納米級臺階狀結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的粗糙結(jié)構(gòu)。水滴在其上的接觸角達(dá)167. 3°，滾動角僅為1°。實施例4將30 X 40 X 2 mm的鋁板分別通過1200#和1500#砂紙打磨來去除表面的氧化層和雜質(zhì)。將打磨后的鋁板依次通過無水乙醇和去離子水超聲波清洗，并吹干。然后再將清洗干凈的鋁板浸泡在I mol/L的氯化銅水溶液中10 S，在鋁板表面上銅離子與單質(zhì)鋁發(fā)生置換反應(yīng)，單質(zhì)鋁腐蝕成鋁離子，銅離子還原為銅并沉積在鋁表面，鋁板取出后用超聲波清洗機(jī)清洗掉沉積的銅，并吹干。最后，將吹干后的鋁板浸泡在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的硬脂酸乙醇溶液中I h，取出后放入100 °C的烘箱中烘10 min。水滴在其上的接觸角達(dá)163. 4°，滾動角僅為1°。實施例5將30 X 40 X 2 mm的鋁板分別通過1200#和1500#砂紙打磨來去除表面的氧 化層和雜質(zhì)。將打磨后的鋁板依次通過無水乙醇和去離子水超聲波清洗，并吹干。然后再將清洗干凈的鋁板浸泡在含I mol/L氯化銅的水溶液中10 S，在鋁板表面上銅離子與鋁發(fā)生置換反應(yīng)，鋁腐蝕成鋁離子，銅離子還原成銅并沉積在鋁表面，鋁板取出后用超聲波清洗機(jī)清洗掉沉積的銅，并吹干。最后，將吹干后的鋁板浸泡在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的月桂酸乙醇溶液中I h，取出后放入100 °C的烘箱中烘10 min。水滴在其上的接觸角達(dá)163. 8°，滾動角僅為1°。實施例6將30 X 40 X 2 mm的鋁板分別通過1200#和1500#砂紙打磨來去除表面的氧
化層和雜質(zhì)。將打磨后的鋁板依次通過無水乙醇和去離子水超聲波清洗，并吹干。然后再將清洗干凈的鋁板浸泡在含I mol/L氯化銅的水溶液中10 S，在鋁板表面上銅離子與鋁發(fā)生置換反應(yīng)，鋁腐蝕成鋁離子，銅離子還原成銅并沉積在鋁表面，鋁板取出后用超聲波清洗機(jī)清洗掉沉積的銅，并吹干。最后，將吹干后的鋁板浸泡在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的棕櫚酸乙醇溶 液中I h，取出后放入100 °C的烘箱中烘10 min。水滴在其上的接觸角達(dá)164. 5°，滾動角僅為1°。
權(quán)利要求
1.ー種含銅離子和氯離子的鹽溶液刻蝕制備超疏水鋁表面的方法，其特征在于該方法包括以下步驟 (1)前處理將鋁板進(jìn)行拋磨，再清洗除油； (2)粗糙結(jié)構(gòu)構(gòu)建將除油后的鋁板浸泡在含銅離子和氯離子的鹽溶液中一段時間，取出后用超聲波清洗機(jī)清洗掉沉積的銅，并烘干；上述的鹽溶液中銅離子的含量不少于O. Imol/L,氯離子的含量不少于O. 2 mol/L ;浸泡時間不少于10 s ； (3)將含銅離子和氯離子的鹽溶液刻蝕后的鋁板浸泡在含低表面能材料的こ醇溶液中I h，取出后烘干；所述的含低表面能材料的こ醇溶液為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)不小于O. 5%的氟硅烷こ醇溶液、硬脂酸こ醇溶液、月桂酸こ醇溶液或棕櫚酸こ醇溶液。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述的含銅離子和氯離子的鹽溶液為氯化銅溶液、硫酸銅和氯化鈉的混合液、硝酸銅和氯化鈉的混合液。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含銅離子和氯離子的鹽溶液刻蝕制備超疏水鋁表面的方法。該方法是先將鋁板進(jìn)行拋磨，再清洗除油，然后將除油后的鋁板浸泡在含銅離子和氯離子的鹽溶液中一段時間，取出后用超聲波清洗機(jī)清洗掉沉積的銅，并烘干，最后將刻蝕后的鋁板浸泡在含低表面能材料的乙醇溶液中1 h，取出后烘干便可獲得超疏水鋁表面。本發(fā)明無需復(fù)雜昂貴的設(shè)備，工藝簡單，重復(fù)性好，且所獲得的超疏水鋁表面具有優(yōu)異的疏水性能，水滴在其上的接觸角超過160°，滾動角小于2°。
文檔編號C23F1/14GK102677058SQ20121016865
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月28日
發(fā)明者劉新, 宋金龍, 徐文驥, 王續(xù)躍, 陸遙 申請人:大連理工大學(xué)