技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于表面制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋁鎂合金超雙疏表面的制備方法。

背景技術(shù)：
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鋁合金因質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐蝕性能好、易回收、再處理成本低、再利用率高、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，在工程領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。鋁鎂合金用于需要有高的抗蝕性、良好的可焊性和中等強(qiáng)度的場(chǎng)合，諸如艦艇、汽車和飛機(jī)板焊接件；需嚴(yán)格防火的壓力容器、致冷裝置、電視塔、鉆探設(shè)備、交通運(yùn)輸設(shè)備、導(dǎo)彈元件、裝甲等，目前5083鋁鎂合金已在船舶甲板，船艙等船體結(jié)構(gòu)中得到了廣泛的應(yīng)用。但是當(dāng)鋁鎂合金在船舶上應(yīng)用的時(shí)候，不管是在哪個(gè)部位，都或多或少會(huì)與海水接觸，或受到海水的侵襲，因而也會(huì)受到一定的腐蝕。其中，研究人員發(fā)現(xiàn)，接觸角大于150°且滾動(dòng)角小于10°的超疏水表面具有很好的耐腐蝕能力，能夠有效抑制鋁鎂合金的腐蝕。然而當(dāng)超疏水表面被油污染時(shí)，即使是水也會(huì)潤(rùn)濕表面，自清潔效應(yīng)消失。當(dāng)船舶在海洋中行駛時(shí)，水中漂浮的污染物及油滴很容易吸附到船艙表面，此時(shí)海水更易接觸船體并造成腐蝕。超雙疏表面能同時(shí)滿足水和油的表面自清潔，適應(yīng)于更廣泛的場(chǎng)合，可以用于油的傳輸和實(shí)現(xiàn)油環(huán)境下的自清潔。因此，在鋁鎂合金上制備超雙疏表面，對(duì)船舶、潛艇等行業(yè)有很重要的意義。

在鋁鎂合金表面制備超雙疏表面需要兩個(gè)步驟：一是將其表面進(jìn)行粗糙化處理，構(gòu)建微納米粗糙結(jié)構(gòu)；二是降低其表面能，通常利用低表面能物質(zhì)硅烷、氟硅烷或硬脂酸等來(lái)修飾所獲得的粗糙結(jié)構(gòu)。motlagh等利用噴砂技術(shù)在不銹鋼表面制備超雙疏表面(n.valipourmotlagh，f.ch.birjandi，j.sargolzaeia，n.shahtahmassebi，2013)，然而，成本較高，加工過程比較復(fù)雜，使得這些方法的應(yīng)用受到限制。shan等通過兩步化學(xué)刻蝕法在鋁基體上獲得超雙疏表面，首先用鹽酸在表面構(gòu)造微米結(jié)構(gòu)，然后用硝酸和硝酸銅混合液在基體表面構(gòu)造納米結(jié)構(gòu)，最后氟硅烷修飾(shanpeng，bharatbhushan，2016)。barthwal等先將銅板放入氫氧化銨中加熱獲得微米結(jié)構(gòu)，然后用硝酸鈷和硝酸銨構(gòu)造表面納米級(jí)結(jié)構(gòu)，低能修飾后獲得超雙疏表面(sumitbarthwal，si-hyunglim，2015)。然而上述化學(xué)方法大多過程復(fù)雜，時(shí)間較長(zhǎng)，且不易控制，此外強(qiáng)酸強(qiáng)堿的使用會(huì)較大程度對(duì)環(huán)境造成污染。電化學(xué)法是電流和電解液共同作用加工材料的方法，其操作簡(jiǎn)單、成本低、過程易控制，而且本發(fā)明使用的是中性電解液，避免強(qiáng)酸強(qiáng)堿的使用，更加環(huán)保和安全。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的是提供一種鋁鎂合金超雙疏表面的制備方法，該方法安全、環(huán)保、加工過程簡(jiǎn)單且加工效率高。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種鋁鎂合金超雙疏表面的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，鋁鎂合金板材預(yù)處理

取鋁鎂合金板，進(jìn)行裁剪及機(jī)械表面處理后，清洗吹干，得到處理后鋁鎂合金板材；

步驟2，鋁鎂合金板材刻蝕

(1)取與處理后鋁鎂合金板材尺寸相同的銅板，處理后的鋁鎂合金板材作為陽(yáng)極，銅板作為陰極，陰陽(yáng)極通過導(dǎo)線與直流電源連接；

(2)將處理后的鋁鎂合金板材與銅板平行放入盛有電解液的容器中，通電進(jìn)行電化學(xué)刻蝕，刻蝕完成后將刻蝕后鋁鎂合金板沖洗吹干，得到鋁鎂合金片；其中：所述的電解液為nacl水溶液或nabr水溶液，電源電流密度為0.4～1.5a/cm²，刻蝕時(shí)間為3～10min；

步驟3，鋁鎂合金片表面修飾

將步驟2得到的鋁鎂合金片放入配置好的含低表面能材料的乙醇溶液中進(jìn)行浸泡，浸泡后取出并烘干，冷卻后制得鋁鎂合金超雙疏表面；其中，所述的含低表面能材料的乙醇溶液中低表面能材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥0.5％，所述的浸泡時(shí)間≥1h。

所述的步驟1中，機(jī)械表面處理具體操作為：用砂紙去除鋁鎂合金板表面氧化膜。

所述的步驟1中，清洗過程為：先用無(wú)水乙醇清洗除油，再用去離子水超聲波清洗。

所述的步驟2中，電解液濃度為0.1～1mol/l，電解液溫度為40～60℃，刻蝕過程中用磁力攪拌器攪拌電解液。

所述的步驟3中，含低表面能材料的乙醇溶液配制過程為：按配比，向無(wú)水乙醇中加入含低表面能材料，并攪拌，使含低表面能材料充分溶解在無(wú)水乙醇中，配置出含低表面能材料質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥0.5％的乙醇溶液。

所述的步驟3中，低表面能材料為氟硅烷、硬脂酸、肉豆蔻酸或月桂酸中的一種。

所述的步驟3中，烘干溫度為50～80℃，烘干時(shí)間為10～30min。

所述的步驟3制備的一種鋁鎂合金超雙疏表面，對(duì)水的接觸角大于160°，滾動(dòng)角小于6°；對(duì)油的接觸角大于150°，滾動(dòng)角小于10°。

本發(fā)明的有益效果：

(1)本發(fā)明無(wú)需復(fù)雜的加工裝置和操作步驟，成本較低；

(2)本發(fā)明采用中性電解液，不需要對(duì)人或環(huán)境有害的強(qiáng)酸和強(qiáng)堿，反應(yīng)產(chǎn)物具有較好的環(huán)保性。

(3)本發(fā)明加工效率高，設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，且過程容易控制；

(4)本發(fā)明制備方法中使用的電解液不消耗，可重復(fù)使用。

(5)本發(fā)明制得的鋁鎂合金超雙疏表面具有良好的超疏水與超疏油性能，對(duì)水的接觸角大于160°，滾動(dòng)角小于6°，對(duì)油的接觸角大于150°，滾動(dòng)角小于10°，在空氣中具有良好的穩(wěn)定性。

附圖說明：

圖1為實(shí)施例1的加工裝置示意圖，其中：1-直流電源，2-處理后的鋁鎂合金板材，3-銅板，4-nabr水溶液，5-磁力攪拌器，6-磁力攪拌轉(zhuǎn)子，7-容器；

圖2為實(shí)施例1獲得的鋁鎂合金超雙疏表面的掃描電鏡圖；

圖3為實(shí)施例1獲得的鋁鎂合金超雙疏表面的疏水和疏油示意圖，其中：圖3(a)為疏水示意圖，圖3(b)為疏油示意圖；

圖4為實(shí)施例2獲得的鋁鎂合金超雙疏表面的疏水和疏油示意圖，其中：圖4(a)為疏水示意圖，圖4(b)為疏油示意圖；

圖5為實(shí)施例3獲得的鋁鎂合金超雙疏表面的疏水和疏油示意圖，其中：圖5(a)為疏水示意圖，圖5(b)為疏油示意圖；

圖6為實(shí)施例5獲得的鋁鎂合金超雙疏表面的疏水和疏油示意圖，其中：圖6(a)為疏水示意圖，圖6(b)為疏油示意圖。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

實(shí)施例1

一種鋁鎂合金超雙疏表面的制備方法，其加工裝置示意圖如圖1所示，具體包括以下步驟：

步驟1，鋁鎂合金板材預(yù)處理

取鋁鎂合金板，進(jìn)行裁剪切割成20mm×30mm，實(shí)際加工面積為20mm×20mm，其余部分用于裝夾和導(dǎo)電，并用砂紙去除鋁鎂合金板表面氧化膜，先用無(wú)水乙醇清洗除油，再用去離子水超聲波清洗，并吹干，清洗時(shí)間分別為3min，得到處理后鋁鎂合金板材2；

步驟2，鋁鎂合金板材刻蝕

(1)取與處理后鋁鎂合金板材2尺寸相同的銅板3，處理后的鋁鎂合金板材2作為陽(yáng)極，通過導(dǎo)線與直流電源1的正極連接，銅板3作為陰極，通過導(dǎo)線與直流電源1的負(fù)極連接；

(2)將陽(yáng)極與陰極平行放入盛有濃度為0.2mol/l的nabr水溶液4的容器7中，陰陽(yáng)極兩板間距10mm，接通電源，進(jìn)行電化學(xué)刻蝕，刻蝕時(shí)間為5min，刻蝕過程中用內(nèi)含磁力攪拌轉(zhuǎn)子6的磁力攪拌器5攪拌nabr水溶液4，刻蝕完成后用去離子水超聲波將刻蝕后鋁鎂合金板沖洗，并吹干，得到鋁鎂合金片；其中，nabr水溶液4的溫度保持在60℃，電源電流密度為1a/cm²；

步驟3，鋁鎂合金片表面修飾

(1)配制含氟硅烷的乙醇溶液，含氟硅烷的乙醇溶液中氟硅烷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％；配制過程為：向無(wú)水乙醇中加入相應(yīng)量的氟硅烷，并攪拌，使氟硅烷充分溶解在無(wú)水乙醇中，配置出含氟硅烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％的乙醇溶液，備用；

(2)將步驟2得到的鋁鎂合金片放入配置好的含氟硅烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％的乙醇溶液中，室溫條件下浸泡，浸泡2h后，取出并烘干，烘干溫度為60℃，烘干時(shí)間為20min，烘干后在空氣中冷卻至室溫，制得鋁鎂合金超雙疏表面，掃描電鏡圖如圖2所示，疏水示意圖如圖3(a)所示，疏油示意圖如圖3(b)所示；經(jīng)測(cè)試，該鋁鎂合金超雙疏表面對(duì)水的接觸角為160.4°，對(duì)水的滾動(dòng)角為4°；對(duì)油的接觸角為154.9°，對(duì)油的滾動(dòng)角為8°。

實(shí)施例2

一種鋁鎂合金超雙疏表面的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，鋁鎂合金板材預(yù)處理

取鋁鎂合金板，進(jìn)行裁剪切割成20mm×30mm，實(shí)際加工面積為20mm×20mm，其余部分用于裝夾和導(dǎo)電，并用砂紙去除鋁鎂合金板表面氧化膜，先用無(wú)水乙醇清洗除油，再用去離子水超聲波清洗，并吹干，清洗時(shí)間分別為5min，得到處理后鋁鎂合金板材；

步驟2，鋁鎂合金板材刻蝕

(1)取與處理后鋁鎂合金板材尺寸相同的銅板3，處理后的鋁鎂合金作為陽(yáng)極，通過導(dǎo)線與直流電源正極連接，銅板3作為陰極，通過導(dǎo)線與直流電源負(fù)極連接；

(2)將陽(yáng)極與陰極平行放入盛有濃度為0.4mol/l的nabr水溶液的容器中，陰陽(yáng)極兩板間距10mm，接通電源，進(jìn)行電化學(xué)刻蝕，刻蝕時(shí)間為5min，刻蝕過程中用磁力攪拌器攪拌nabr水溶液，刻蝕完成后用去離子水超聲波將刻蝕后鋁鎂合金板沖洗，并吹干，得到鋁鎂合金片；其中，nabr水溶液溫度保持在60℃，電源電流密度為1.25a/cm²；

步驟3，鋁鎂合金片表面修飾

(1)配制含硬脂酸的乙醇溶液，含硬脂酸的乙醇溶液中硬脂酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％；配制過程為：向無(wú)水乙醇中加入相應(yīng)量的硬脂酸，并攪拌，使硬脂酸充分溶解在無(wú)水乙醇中，配置出含硬脂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％的乙醇溶液，備用；

(2)將步驟2得到的鋁鎂合金片放入配置好的含硬脂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％的乙醇溶液中，室溫條件下浸泡，浸泡2h后，取出并烘干，烘干溫度為60℃，烘干時(shí)間為20min，烘干后在空氣中冷卻至室溫，制得鋁鎂合金超雙疏表面，疏水示意圖如圖4(a)所示，疏油示意圖如圖4(b)所示；經(jīng)測(cè)試，該鋁鎂合金超雙疏表面對(duì)水的接觸角為163.8°，對(duì)水的滾動(dòng)角為4°；對(duì)油的接觸角為162.3°，對(duì)油的滾動(dòng)角為5.5°。

實(shí)施例3

一種鋁鎂合金超雙疏表面的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，鋁鎂合金板材預(yù)處理

取鋁鎂合金板，進(jìn)行裁剪切割成20mm×30mm，實(shí)際加工面積為20mm×20mm，其余部分用于裝夾和導(dǎo)電，并用砂紙去除鋁鎂合金板表面氧化膜，先用無(wú)水乙醇清洗除油，再用去離子水超聲波清洗，并吹干，清洗時(shí)間分別為4min，得到處理后鋁鎂合金板材；

步驟2，鋁鎂合金板材刻蝕

(1)取與處理后鋁鎂合金板材尺寸相同的銅板3，處理后的鋁鎂合金作為陽(yáng)極，通過導(dǎo)線與直流電源正極連接，銅板3作為陰極，通過導(dǎo)線與直流電源負(fù)極連接；

(2)將陽(yáng)極與陰極平行放入盛有濃度為0.4mol/l的nacl水溶液的容器中，陰陽(yáng)極兩板間距10mm，接通電源，進(jìn)行電化學(xué)刻蝕，刻蝕時(shí)間為3min，刻蝕過程中用磁力攪拌器攪拌nacl水溶液，刻蝕完成后用去離子水超聲波將刻蝕后鋁鎂合金板沖洗，并吹干，得到鋁鎂合金片；其中，nacl水溶液溫度保持在60℃，電源電流密度為1a/cm²；

步驟3，鋁鎂合金片表面修飾

(1)配制含氟硅烷的乙醇溶液，含氟硅烷的乙醇溶液中氟硅烷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％；配制過程為：向無(wú)水乙醇中加入相應(yīng)量的氟硅烷，并攪拌，使氟硅烷充分溶解在無(wú)水乙醇中，配置出含氟硅烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％的乙醇溶液，備用；

(2)將步驟2得到的鋁鎂合金片放入配置好的含氟硅烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％的乙醇溶液中，室溫條件下浸泡，浸泡2h后，取出并烘干，烘干溫度為60℃，烘干時(shí)間為20min，烘干后在空氣中冷卻至室溫，制得鋁鎂合金超雙疏表面，疏水示意圖如圖5(a)所示，疏油示意圖如圖5(b)所示；經(jīng)測(cè)試，該鋁鎂合金超雙疏表面對(duì)水的接觸角為162.5°，對(duì)水的滾動(dòng)角為4°；對(duì)油的接觸角為150.6°，對(duì)油的滾動(dòng)角為9.5°。

實(shí)施例4

一種鋁鎂合金超雙疏表面的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，鋁鎂合金板材預(yù)處理

取鋁鎂合金板，進(jìn)行裁剪切割成20mm×30mm，實(shí)際加工面積為20mm×20mm，其余部分用于裝夾和導(dǎo)電，并用砂紙去除鋁鎂合金板表面氧化膜，先用無(wú)水乙醇清洗除油，再用去離子水超聲波清洗，并吹干，清洗時(shí)間分別為3min，得到處理后鋁鎂合金板材；

步驟2，鋁鎂合金板材刻蝕

(1)取與處理后鋁鎂合金板材尺寸相同的銅板3，處理后的鋁鎂合金作為陽(yáng)極，通過導(dǎo)線與直流電源正極連接，銅板3作為陰極，通過導(dǎo)線與直流電源負(fù)極連接；

(2)將陽(yáng)極與陰極平行放入盛有濃度為0.1mol/l的nacl水溶液的容器中，陰陽(yáng)極兩板間距10mm，接通電源，進(jìn)行電化學(xué)刻蝕，刻蝕時(shí)間為10min，刻蝕過程中用磁力攪拌器攪拌nacl水溶液，刻蝕完成后用去離子水超聲波將刻蝕后鋁鎂合金板沖洗，并吹干，得到鋁鎂合金片；其中，nacl水溶液溫度保持在40℃，電源電流密度為1.5a/cm²；

步驟3，鋁鎂合金片表面修飾

(1)配制含肉豆蔻酸的乙醇溶液，含肉豆蔻酸的乙醇溶液中肉豆蔻酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5％；配制過程為：向無(wú)水乙醇中加入相應(yīng)量的肉豆蔻酸，并攪拌，使肉豆蔻酸充分溶解在無(wú)水乙醇中，配置出含肉豆蔻酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5％的乙醇溶液，備用；

(2)將步驟2得到的鋁鎂合金片放入配置好的含肉豆蔻酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5％的乙醇溶液中，室溫條件下浸泡，浸泡3h后，取出并烘干，烘干溫度為80℃，烘干時(shí)間為10min，烘干后在空氣中冷卻至室溫，制得鋁鎂合金超雙疏表面，經(jīng)測(cè)試，該鋁鎂合金超雙疏表面對(duì)水的接觸角為164.4°，對(duì)水的滾動(dòng)角為3.5°；對(duì)油的接觸角為156.1°，對(duì)油的滾動(dòng)角為8°。

實(shí)施例5

一種鋁鎂合金超雙疏表面的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，鋁鎂合金板材預(yù)處理

取鋁鎂合金板，進(jìn)行裁剪切割成20mm×30mm，實(shí)際加工面積為20mm×20mm，其余部分用于裝夾和導(dǎo)電，并用砂紙去除鋁鎂合金板表面氧化膜，先用無(wú)水乙醇清洗除油，再用去離子水超聲波清洗，并吹干，清洗時(shí)間分別為3min，得到處理后鋁鎂合金板材；

步驟2，鋁鎂合金板材刻蝕

(1)取與處理后鋁鎂合金板材尺寸相同的銅板3，處理后的鋁鎂合金作為陽(yáng)極，通過導(dǎo)線與直流電源正極連接，銅板3作為陰極，通過導(dǎo)線與直流電源負(fù)極連接；

(2)將陽(yáng)極與陰極平行放入盛有濃度為1mol/l的nacl水溶液的容器中，陰陽(yáng)極兩板間距10mm，接通電源，進(jìn)行電化學(xué)刻蝕，刻蝕時(shí)間為3min，刻蝕過程中用磁力攪拌器攪拌nacl水溶液，刻蝕完成后用去離子水超聲波將刻蝕后鋁鎂合金板沖洗，并吹干，得到鋁鎂合金片；其中，nacl水溶液溫度保持在50℃，電源電流密度為0.4a/cm²；

步驟3，鋁鎂合金片表面修飾

(1)配制含月桂酸的乙醇溶液，含月桂酸的乙醇溶液中月桂酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％；配制過程為：向無(wú)水乙醇中加入相應(yīng)量的月桂酸，并攪拌，使月桂酸充分溶解在無(wú)水乙醇中，配置出含月桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的乙醇溶液，備用；

(2)將步驟2得到的鋁鎂合金片放入配置好的含月桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的乙醇溶液中，室溫條件下浸泡，浸泡1.5h后，取出并烘干，烘干溫度為50℃，烘干時(shí)間為15min，烘干后在空氣中冷卻至室溫，制得鋁鎂合金超雙疏表面，疏水示意圖如圖6(a)所示，疏油示意圖如圖6(b)所示；經(jīng)測(cè)試，該鋁鎂合金超雙疏表面對(duì)水的接觸角為160.2°，對(duì)水的滾動(dòng)角為5°；對(duì)油的接觸角為150.4°，對(duì)油的滾動(dòng)角為9°。

實(shí)施例6

一種鋁鎂合金超雙疏表面的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，鋁鎂合金板材預(yù)處理

取鋁鎂合金板，進(jìn)行裁剪切割成20mm×30mm，實(shí)際加工面積為20mm×20mm，其余部分用于裝夾和導(dǎo)電，并用砂紙去除鋁鎂合金板表面氧化膜，先用無(wú)水乙醇清洗除油，再用去離子水超聲波清洗，并吹干，清洗時(shí)間分別為5min，得到處理后鋁鎂合金板材；

步驟2，鋁鎂合金板材刻蝕

(1)取與處理后鋁鎂合金板材尺寸相同的銅板3，處理后的鋁鎂合金作為陽(yáng)極，通過導(dǎo)線與直流電源正極連接，銅板3作為陰極，通過導(dǎo)線與直流電源負(fù)極連接；

(2)將陽(yáng)極與陰極平行放入盛有濃度為0.8mol/l的nacl水溶液的容器中，陰陽(yáng)極兩板間距10mm，接通電源，進(jìn)行電化學(xué)刻蝕，刻蝕時(shí)間為7min，刻蝕過程中用磁力攪拌器攪拌nacl水溶液，刻蝕完成后用去離子水超聲波將刻蝕后鋁鎂合金板沖洗，并吹干，得到鋁鎂合金片；其中，nacl水溶液溫度保持在50℃，電源電流密度為0.8a/cm²；

步驟3，鋁鎂合金片表面修飾

(1)配制含月桂酸的乙醇溶液，含月桂酸的乙醇溶液中月桂酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4％；配制過程為：向無(wú)水乙醇中加入相應(yīng)量的月桂酸，并攪拌，使月桂酸充分溶解在無(wú)水乙醇中，配置出含月桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4％的乙醇溶液，備用；

(2)將步驟2得到的鋁鎂合金片放入配置好的含月桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4％的乙醇溶液中，室溫條件下浸泡，浸泡1h后，取出并烘干，烘干溫度為50℃，烘干時(shí)間為30min，烘干后在空氣中冷卻至室溫，制得鋁鎂合金超雙疏表面，經(jīng)測(cè)試，該鋁鎂合金超雙疏表面對(duì)水的接觸角為162.1°，對(duì)水的滾動(dòng)角為4°；對(duì)油的接觸角為151°，對(duì)油的滾動(dòng)角為7°。