专利名称：在钛合金上制备超疏水性表面的方法
技术领域：
本发明涉及一种在钛合金上制备超疏水性表面的方法。
背景技术：
钛合金因其具有低密虔，优异的力学性能和高的抗应力腐蚀裂纹性能而广泛
使用在航天器的机械中。主要缺点为抗摩擦磨损性能不好，可以通过表面处理提 高其摩擦学性能。在真空中自配副条件下，钛合金表现出高且可变的摩擦系数
(M>0.5)。.超此，通过表面工程技术对钛合金表面进行处理以提高其表面的物理
化学性能是十分必要。
中国专利(CN 1439741A)叙述了一种在钛合金上化学镀镍的方法，特点 是研制的除膜、活化溶液，在常温条件下，使钛合金表面得到除膜，活化，其除 膜、活化时间均缩短到,2-5分钟，同时这种钛合金上的镍磷合金镀层含磷量在 8%-11%之间，结合力好，耐磨性好。中国专利(CN 1458296A )公开了一种钛 合金表面抗氧化的铝-铜-铁-铬准晶涂层的制备方法，涂层具有良好的高温超塑 性，这一特点使铝-铜-铁-铬准晶涂房可.以承受与基体热膨胀系数不同而热应力， 它具有良好的界面相容性，同时这种准晶具有良好的耐磨、阻燃及抗高温氧化性 能。中国专利(CN 1456,701A)公开了一种医用钛及钛合金表面活化改性的方法， 提供的方法简单，易于实施，对钛或钛合金表面进行高温处理不会对基底金属材 料的力学性能带来破坏,.也不会对其它不需活化的部位表面造，成氧化和氮化，因 而不仅对处理设备的要求大大降低，适用批量生产，降低成本，还能够处理形态 较大的产品。中国专利(CN 1451783A )为一种钛合金紧固件表面强化及润滑 处理，包括表面液态化学硼化和涂覆二硫化钼固体膜润滑剂，提出了一种消除钛 合金紧固件螺纹表面粘结的，具有质地坚韧、耐磨、耐挤压的钛合金紧固件表面 强化及润滑处理；且设备简单，适用于小尺寸、大批量的钛合金紧固件表面强化。
同时，如我们所知，超疏水表面一般是指与水的接触角大于150°，并且具有 较小的滚动角的表面。这种丼有特殊润湿性能的表面一直受到人们的高度关注。 超疏水表面由于具有防水、防锈、防雾和自清洁等重要特点，无论是在理论基础
研究还是在应用研究中有着极为广泛的应用前景。目前，人们在构造超疏水表面 方面已经取得了很大的进步，同时对其形成的机理也有了新的认识。刘维民等人 发表在J. X附.Soc. 2005， 127: 15670-15671的文章显示了一种非常简单而 有效的方法构造了铝及其合金超疏水表面，同时表明构造适当的表面粗糙度和在 其表面上用低表面能物质进行化学修饰都能有利于超疏水表面的形成。同时他们 发表在C/iew/^"C/zew 2006, 7: 1674-1677的文章提出了一种自生长的方法构造 铜超疏水表面。目前关于超疏水表面制备方面的专利基本上有需要低表面能的物 质进行化学修饰，或者使用氟涂层。CN 1810912 A专利利用软模板和紫外光固 化技术制备超疏水材料。CN 1786086 A专利提出了一种由屋脊超细纤维增强的 具有超疏水和疏油表面的含氟涂层的制备方法。CN 1827729 A专利提供一种利 用金相砂纸为模板，通过热压、浇注或聚合等方法制备固体材料超疏水表面的方 法。CN 1760113 A提出了一种超双亲性和超疏水性的二氧化钛纳米管阵列膜的 制备方法。
喷砂是一种传统但很实用的技术。它具有简单、快速、效率高等特点。使用 喷砂技术构造表面粗糙度来制备超疏水表面极大的避免了其它方法多步骤、长时 间和有污染等特点，为工业生产开辟了一条新的环保途径。目前利用喷砂技术在 钛合金上制备超疏水表面尚无文献报道。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种用喷砂技术在钛合金 上形成超疏水表面的方法。
本发明通过如下措施来实现
一种在.钛合金上制备超疏水性表面的方法，其特征在于制备方法包括以下步
骤
A、 在洁净的钛合金表面进行喷砂处理
使用的砂为粒径40目的二氧化硅，工作压强为0.4 0.6MPa，喷枪口与表面 之间的工作距离为.5 10cm，工作时间为15~20s;
B、 钛合.金表面的去砂处理
把喷砂好的钛会金表面浸入氢氟酸水溶液，时间为10 25min;
C、 清洗和干燥
用去离子水对浸泡好的钛合金进行清洗，以除去钛合金表面的残余物；在空
气的气氛中对试样进行干燥。
本发明在B步骤中，氢氟酸水溶液的浓度为0.1 0.5M。 本发明在C步骤中，千燥温度为100-120 °C，时间为1~2小时。 将纯水滴到所得到的超疏水钛合金表面上进行接触角测量，接触角大于
150°，且水滴在此表面上的滚动角小于10°。同时对所得到的钛合金表面的硬度
进行了测量，所得到的硬度值大约为Hv=530，同原始的钛合金表面的硬度( 400)
相比，硬度值增加了约30%。
本发明同已有的技术相比，具有以下优点
1、 钛合金表面具不粘水特征，可用于钛合金表面的防污，抗菌，抗氧化和 防锈。
2、 钛合金表面具有良好的力学性能，克服了以往超疏水表面具有比较差的 力学性能等缺点。
3、 钛合金表面可以用在水中运输工具或水下潜艇的制备上，这样可以减阻、 降噪。
同时，采用本发明的方法制备出的超疏水钛合金表面具有以下特点-
1、 制备工艺简单。以钛合金为原料，经过喷砂和去砂处理，制备出超疏水 表面。
2、 所制备的超疏水钛合金表面是一种多孔的双层结构表面，表现出超疏水 性能。
3、 所制备的超疏水钛合金表面具有良好的力学性能，表面不易被破坏。
图1为实施例1的钛合金超疏水表面的扫描电子显微镜照片。
图2为实施例1的水滴在钛合金超疏水表面上的静态接触角照片。
具体实施例方式
实施例1
用超声波清洗仪清洗钛合金试样，清洗步骤为1)把钛合金试样放入丙酮
中用超声波清洗30min，以脱去试样上的油脂，2)然后用去离子水清洗5 min， 3)最后在真空干燥箱中5(TC下干燥30min后待用。对处理好的钛合金试样进行喷砂处理。工作压强为0.5MPa，工作时间为20 s， 工作距离为5 cm。
对喷好砂的钛合金试样进行去砂处理。把已喷砂的钛合金试样浸入0.5 M 200 ml的氢氟酸水溶液20 min，以达到清除钛合金表面的二氧化硅颗粒使表面形 成均匀的多孔的结构。
对浸泡好的钛合金试样用大量的去离子水清洗，以除去浸泡后试样表面上多 余的杂质。最后把处理好的试样在空气的气氛中120 °C进行干燥2h，即可得到 超疏水性表面。
该超疏水性表面的扫描电子显微镜照片如附图1所示，水滴在该仿生超疏水 性表面上的静态接触角照片如附图2所示。该钛合金超疏水性表面的孔隙率大于 90%;水滴在其表面上的静态接触角为160士1.6。； 实施例2
按实施例l的操作与步骤，将喷砂的工作压强改为0.6 MPa。所得到的超疏 水钛合金表面与水的接触角为157±1.6°，钛合金表面也为多孔结构，其中孔径大 小为5~8 ^m。 实施例3
按实施例1的操作与步骤，将浸泡的氢氟酸浓度改为0.1 MPa。所得到的超 疏水钛合金表面与水的接触角为151±1.6°，，钛合金表面也为多孔结构，其中孔径 大小为10-12 nm。 实施例4
按实施例1的操作与步骤，将浸泡的氢氟酸浓度改为0.1 MPa，时间改为25 min。所得到的超疏水钛合金表面与水的接触角为153±1.6°，钛合金表面也为多 孔结构，其中孔径大小为12-14 pm。
权利要求
1、一种在钛合金上制备超疏水性表面的方法，其特征在于制备方法包括以下步骤A、在洁净的钛合金表面进行喷砂处理使用的砂为粒径40目的二氧化硅，工作压强为0.4～0.6MPa，喷枪口与表面之间的工作距离为5～10cm，工作时间为15～20s；B、钛合金表面的去砂处理把喷砂好的钛合金表面浸入氢氟酸水溶液，时间为10～25min；C、清洗和干燥用去离子水对浸泡好的钛合金进行清洗；在空气的气氛中对试样进行干燥。
2、 如权利要求l所述的方法，其特征在于在B步骤中，氢氟酸水溶液的 浓度为0.1~0.5M。
3、 如权利要求1所述的方法，其特征在于在C步骤中，干燥温度为100 120 。C，时间为1 2小时。
全文摘要
本发明公开了一种在钛合金上制备超疏水性表面的方法。该方法将钛合金经过喷砂和去砂处理制备出具有超疏水钛合金表面。制备出的钛合金表面具有较好的分布均匀的多孔结构，表面具有良好的力学性能，具有优良的超疏水性能室温下，钛合金表面与水的接触角大于150°。本发明可具有工艺简单、可控性好、效率高、污染小和成本低等特点。所得到的超疏水表面不需要任何化学物质修饰，因此是一种环保的制备方法。
文档编号C23F1/10GK101191227SQ200610105279
公开日2008年6月4日 申请日期2006年11月29日 优先权日2006年11月29日
发明者刘维民, 郭志光 申请人:中国科学院兰州化学物理研究所