一种铝合金超疏水表面的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种铝合金超疏水表面的制备方法，包括以下步骤：(1)以三价铈盐和肉豆蔻酸的混合溶液作为电解液，以钛片作为阳极，铝合金作为阴极，两电极间隔设置，通电后在铝合金表面进行电沉积；(2)电沉积完成后，取出铝合金，清洗，干燥，即在铝合金上形成了超疏水表面。与现有技术相比，本发明具有制备方法简单，条件温和，易于控制，稳定性高，耐腐蚀性能优异等。
【专利说明】
-种错合金超疏水表面的制备方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种超疏水表面的制备方法，尤其是设及一种侣合金超疏水表面的制 备方法。
【背景技术】
[0002] 侣是有色金属中使用量最大，产量最多，应用最广泛的金属材料。当前侣的产量和 用量(按吨计算)仅次于钢材，成为人类应用的第二大金属。侣及侣合金是一种综合性能极 其优良的金属材料，具有密度低，塑性高，导热和导电性好等优点，航空、建筑、汽车=大重 要工业的发展，都离不开侣及其合金的独特性质，因此侣的应用极为广泛。侣在自然条件下 会形成氧化膜，氧化膜的厚度一般为5nmW下，运层自然氧化膜一旦被外界破坏会立即自行 修复，使得侣较其他金属有更好的耐腐蚀性能。虽然侣表面的氧化膜具有自愈性，但是如果 氧化膜在无法修复的环境中遭到了破坏，那么侣将会无法避免地遭到腐烛。
[0003] 超疏水表面是自然界常见的自然现象，例如，当水滴落在荷叶上时，水与荷叶形成 接近170°的接触角，聚集成珠状而不铺展，极度疏水。水滴在荷叶表面上可W实现自由滚 动，当水滴(如雨水、露水等)滚动时，可W将附着在表面上的灰尘等污染物带走，从而使表 面保持清洁，运样的表面为荷叶效应表面，又称超疏水表面。超疏水表面处理技术是一种新 型防腐蚀技术，超疏水表面对于金属材料可W起到自清洁、抑制表面腐蚀和表面氧化W及 降低摩擦系数的效果。将此技术应用在侣合金表面上，可W大大增加侣合金的耐蚀能力，使 侣合金在易腐蚀恶劣环境中的应用范围进一步扩大。
[0004] 中国专利CN201310079939.7中所述的化学刻蚀法，先是在侣合金表面进行激光加 工，得到无数微尺度弾坑状结构的表面，再将试样浸入化学刻蚀溶液中，使试样表面的形貌 特征发生改变，最后将化学刻蚀后的侣合金放入含有DTS的甲苯溶液中进行修饰，最后得到 了具有微纳米双层分级结构的侣合金超疏水表面，但运种制备工艺复杂，可控性差，效率低 且综合成本并没有得到有效降低，并不适宜大规模的工业化生产推广。
[0005] 中国专利201310250936.5公开了一种侣或侣合金的超疏水表面的制备方法，方法 如下：依次用乙醇、去离子水超声清洗侣或侣合金片；W草酸水溶液作为电解液，侣或侣合 金片作阳极，石墨做阴极，通电、水浴中氧化，一步构造出金字塔形的微纳复合结构的表面， 然后再次清洗侣或侣合金片，烘干;将阳极氧化后的侣或侣合金片采用低表面能材料修饰， 烘干后即得到超疏表面。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种侣合金超疏水 表面的制备方法。
[0007] 本发明的目的可W通过W下技术方案来实现：
[000引一种侣合金超疏水表面的制备方法，包括W下步骤：
[0009] (1)W=价姉盐和肉豆違酸的混合溶液作为电解液，W铁片作为阳极，侣合金作为 阴极，两电极间隔设置，通电后在侣合金表面进行电沉积；
[0010] (2)电沉积完成后，取出侣合金，清洗，干燥，即在侣合金上形成了超疏水表面。
[0011] 步骤（1)所述的电解液中，S价姉盐的浓度为0.02~0.05mol/L，肉豆違酸的浓度 为0.08~0.15mol/L，溶剂为无水乙醇。
[0012] 步骤(1)中所述的=价姉盐为屯水合氯化姉。
[001引步骤（1)中两电极平行间隔2cm。
[0014] 步骤（1)中电沉积的工艺条件为：于室溫条件下，在电压10-30V下电沉积10- 30min。
[0015] 步骤(2)中干燥的工艺条件为:于40~8(TC下干燥10~20min。
[0016] 步骤（1)中的铁片和侣合金均进行预处理，预处理包括W下步骤:将侣合金和铁片 经打磨处理后，置于丙酬中，超声清洗，过滤，再依次用无水乙醇和去离子水冲洗。
[0017] 打磨处理的工艺条件为:依次用1#、3#、6#金相砂纸打磨。
[001引所述的侣合金为侣合金5052。
[0019] 本发明利用=价姉盐与肉豆違酸发生的化学反应，生成姉的有机酸盐。电解过程 中，在一定的电压下，阴阳极负极分别发生还原反应和氧化反应，阴极的侣合金材料上发生 电沉积，在表面沉积得到肉豆違酸盐，并构建得到具有较强耐腐蚀性能的超疏水膜层，并伴 随部分氨气析出，具体反应如下：
[0020] 2Ce3++6C出（C出）i2C00H+6e- = 2Ce (C出（C出）12C00) 3+3 出 [0021 ]与现有技术相比，本发明具有W下优点：
[0022] 1)采用一步电沉积法，与传统两步法(构筑表面粗糖结构和低表面能物质修饰)制 备超疏水表面相比，制备工艺得到了大幅度简化，电解完成后直接在侣合金表面获得了性 能优异的超疏水膜层。
[002：3] 2)制备条件溫和，易控制，稳定性较高，绿色环保，制备所得的侣合金超疏水表面， 其接触角可达157°，具有优异的耐蚀性能。
【附图说明】
[0024] 图1为不同沉积电压下制得的侣合金疏水表面在3.5wt. %的化C1水溶液中的 Nyquist 图；
[0025] 图2为不同沉积电压下制得的侣合金疏水表面在3.5wt. %的化C1水溶液中的极化 曲线图；
[00%]图3为3000倍率下空白侣合金表面形貌表征图；
[0027] 图4为具有超疏水表面的侣合金表面在放大3000倍率下的表面形貌图；
[0028] 图5为具有超疏水表面的侣合金表面在放大6000倍率下的表面形貌图；
[0029] 图6为具有超疏水表面的侣合金表面在放大20000倍率下的表面形貌图；
[0030] 图7为空白侣合金表面上的接触角；
[0031 ]图8为超疏水侣合金表面上的接触角。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0033] 本发明一种具有耐蚀性能的侣合金超疏水表面采用上海中晨设备有限公司的 JC2000C接触角测量仪，测量侣合金表面的接触角，同时利用JC2000C表征水滴在不同状态 下存在的形态，再用日本化tacM公司SU-1500扫描电子显微镜观察试样的表面形貌，电化 学分析交流阻抗测试和极化曲线的测量都在=电极体系中完成，工作电极为已构建疏水膜 的侣合金电极，辅助电极和参比电极分别为Pt电极和饱和甘隶电极(SCE)。电化学测试采用 上海辰华电化学工作站化i660e。交流阻抗测量使用PRAC M398,其系统频率范围为100曲Z- 0.05Hz，交流激励信号峰值为5mV;极化曲线扫描范围-0.2~0.2V( VS . 0CP)，扫描速度为 ImV/s。
[0034] 缓蚀效率(n%)按照如下公式计算：
[0035]
[0036] 其中1〇和I分别为未处理和侣合金疏水处理后电极的腐蚀电流密度。
[0037] 实施例1:
[0038] -种具有耐蚀性能的侣合金超疏水表面的制备方法，包括如下步骤：
[0039] (1)电极的预处理：将侣合金和铁片经1#、3#、6#金相砂纸打磨处理后，置于丙酬 中，超声清洗，过滤，再依次用无水乙醇、去离子水冲洗，W除去金属表面油污和油脂；
[0040] (2)电解液的制备:配制屯水合氯化姉和肉豆違酸的乙醇溶液，作为电解液。电解 液中，屯水合氯化姉为0.04mol/L，肉豆違酸为O.lmol/L，溶剂为无水乙醇。
[0041] (3)电沉积:将经预处理后的铁片作为阳极，侣合金作为阴极，两电极保持平行并 相隔2cm距离，在电沉积电压为1 Ov，20v，30v时沉积20min时间，取出样品用乙醇清洗。
[0042] (4)将步骤(3)所得侣合金置于烘箱在60°C烘箱中烘干lOmin后形成超疏水表面
[0043] 图1和图2分别是使用上述方法在10v，20v，30v电压下制备的侣合金疏水表面和空 白样品在3.5wt. %的化C1水溶液中Nyquist图和极化曲线。其中曲线1、曲线2、曲线3、曲线 4、分别表示空白样品、lOv电压、20v电压、30v电压沉积样品的电化学分析结果。
[0044] 从图1中可W看出随着电压的增大，侣合金电极阻抗值先是逐渐增大，在沉积电压 为20v时阻抗值最大，当电压继续升高时阻抗值反而开始减小，运可能是因为过高的沉积电 压不利于其表面微纳结构结构的形成。表1列出了由图2得出的腐蚀电位Eeddt、腐蚀电流密 度Icnnr和缓蚀效率n。
[0045] 表1侣合金5052于不同沉积电压下沉积20min在3.5wt. %化Cl溶液中的电化学参 数 「nru"
[0047]~结合图2和表1可W得出，在模拟海水溶液中处理后的侣合金超疏水表面相较空白 试样（空白侣合金）阻抗值有很大程度的提高，极化曲线结果表明其缓释效率可W达到 92.9%。
[004引实施例2:
[0049] -种具有耐蚀性能的侣合金超疏水表面的制备方法，包括如下步骤：
[0050] (1)电极的预处理：将侣合金和铁片经1#、3#、6#金相砂纸打磨处理后，置于丙酬 中，超声清洗，过滤，再依次用无水乙醇、去离子水冲洗，W除去金属表面油污和油脂；
[0051] (2)电解液的制备:配制屯水合氯化姉和肉豆違酸的乙醇溶液，作为电解液。电解 液中，屯水合氯化姉为0. 〇4mol/L，肉豆違酸为0.1mol/L，溶剂为无水乙醇。
[0052] (3)电沉积:将经预处理后的铁片作为阳极，侣合金作为阴极，两电极保持平行并 相隔2cm距离，在电沉积电压为1 Ov，20v，30v时沉积20min时间，取出样品用乙醇清洗。
[0053] (4)将步骤(3)所得侣合金置于烘箱在60°C烘箱中烘干lOmin后形成超疏水表面
[0054] 图3、图4、图5图6分别是空白侣合金放大3000倍，和上述的所具有超疏水的侣合金 表面放大3000倍、6000倍、20000倍下的形貌图。从图4、图5、图6中可W看出侣合金表面在电 沉积后形成了均匀的细小花瓣状结构，正是由于运些复合结构之间的空隙能够捕捉空气， 使侣合金表面由亲水状态变成超疏水状态。
[0化5] 实施例3:
[0056] -种具有耐蚀性能的侣合金超疏水表面的制备方法，包括如下步骤：
[0057] (1)电极的预处理：将侣合金和铁片经1#、3#、6#金相砂纸打磨处理后，置于丙酬 中，超声清洗，过滤，再依次用无水乙醇、去离子水冲洗，W除去金属表面油污和油脂；
[0058] (2)电解液的制备:配制屯水合氯化姉和肉豆違酸的乙醇溶液，作为电解液。电解 液中，屯水合氯化姉为0. 〇4mol/L，肉豆違酸为0.1mol/L，溶剂为无水乙醇。
[0059] (3)电沉积:将经预处理后的铁片作为阳极，侣合金作为阴极，两电极保持平行并 相隔2cm距离，在电沉积电压为1 Ov，20v，30v时沉积20min时间，取出样品用乙醇清洗。
[0060] (4)将步骤(3)所得侣合金置于烘箱在60°C烘箱中烘干lOmin后形成超疏水表面
[0061] 将水滴分别滴在空白侣合金的表面和上述所得的具有超疏水表面的侣合金表面 上，上海中晨设备有限公司的JC2000C接触角测量仪测量水滴在超疏水表面的接触角，如图 7、图8所示，结果表明，空白侣合金表面对水的接触角是46.5°，而具有超疏水表面的侣合金 对水的接触角是157°。由此印证了，由于实施例2所得的具有超疏水表面的侣合金具有微纳 米级别的细小花瓣状结构，而运些花瓣状结构的空隙恰好能捕获空气，使侣合金由亲水状 态变为超疏水状态，而且具有较好的耐蚀性。
[0062] 实施例4:
[0063] 本例实施一种具有耐蚀性能的侣合金超疏水表面的制备方法，具体包括W下步 骤：
[0064] (1)电极的预处理:将侣合金和铁片经打磨处理后，置于丙酬中，超声清洗，过滤， 再依次用无水乙醇、去离子水冲洗，W除去金属表面油污和油脂；
[0065] (2)电解液的制备:配制屯水合氯化姉和肉豆違酸的乙醇溶液，作为电解液；
[0066] (3)电沉积:将经预处理后的铁片作为阳极，侣合金作为阴极，在一定的电沉积电 压下沉积一定时间，取出样品用乙醇清洗。
[0067] (4)烘干后形成超疏水表面:将处理后的侣合金置于烘箱中干燥一段时间，在侣合 金表面形成了超疏水表面。
[0068] 步骤(1)所述的打磨处理为:将侣合金依次经1#、3#、6#金相砂纸打磨。
[0069] 步骤(2)所述的电解液中，屯水合氯化姉为0.04mol/L，肉豆違酸为0.2mol/L，溶剂 为无水乙醇。
[0070] 步骤(3)所述的电沉积的条件为:两电极保持平行并相隔2cm距离，于室溫
[0071] 条件下在电压20v下电沉积20min。
[0072] 步骤(4)所述的烘干的条件为:于60°C烘箱中烘干lOmin。
[0073] 实施例5:
[0074] 本例实施一种具有耐蚀性能的侣合金超疏水表面的制备方法，具体包括W下步 骤：
[0075] (1)电极的预处理:将侣合金和铁片经打磨处理后，置于丙酬中，超声清洗，过滤， 再依次用无水乙醇、去离子水冲洗，W除去金属表面油污和油脂；
[0076] (2)电解液的制备:配制屯水合氯化姉和肉豆違酸的乙醇溶液，磁力揽拌后作为电 解液；
[0077] (3)电沉积:将经预处理后的铁片作为阳极，侣合金作为阴极，在一定的电沉积电 压下沉积一定时间，取出样品用乙醇清洗。
[0078] (4)烘干后形成超疏水表面:将处理后的侣合金置于烘箱中干燥一段时间，在侣合 金表面形成了超疏水表面。
[0079] 步骤(1)所述的打磨处理为:将侣合金依次经1#、3#、6#金相砂纸打磨。
[0080] 步骤(2)所述的电解液中，屯水合氯化姉为0.08mol/L，肉豆違酸为O.lmol/L，溶剂 为无水乙醇。
[0081] 步骤(3)所述的电沉积的条件为:两电极保持平行并相隔2cm距离，于室溫
[0082] 条件下在电压20v下电沉积40min。
[0083] 步骤(4)所述的烘干的条件为:于100°C烘箱中烘干lOmin。
[0084] 实施例6:
[0085] 本例实施一种具有耐蚀性能的侣合金超疏水表面的制备方法，具体包括W下步 骤：
[0086] (1)电极的预处理:将侣合金和铁片经打磨处理后，置于丙酬中，超声清洗，过滤， 再依次用无水乙醇、去离子水冲洗，W除去金属表面油污和油脂；
[0087] (2)电解液的制备:配制屯水合氯化姉和肉豆違酸的乙醇溶液，磁力揽拌后作为电 解液；
[0088] (3)电沉积:将经预处理后的铁片作为阳极，侣合金作为阴极，在一定的电沉积电 压下沉积一定时间，取出样品用乙醇清洗。
[0089] (4)烘干后形成超疏水表面:将处理后的侣合金置于烘箱中干燥一段时间，在侣合 金表面形成了超疏水表面。
[0090] 步骤(1)所述的打磨处理为:将侣合金依次经1#、3#、6#金相砂纸打磨。
[0091] 步骤(2)所述的电解液中，屯水合氯化姉为0.04mol/L，肉豆違酸为O.lmol/L，溶剂 为无水乙醇。
[0092] 步骤(3)所述的电沉积的条件为:于室溫条件下在电压20v下电沉积30min。
[0093] 步骤(4)所述的烘干的条件为:于60°C烘箱中烘干lOmin。
[0094] 实施例7
[00%] -种具有耐蚀性能的侣合金超疏水表面的制备方法，包括如下步骤：
[0096] (1)电极的预处理：将侣合金和铁片经1#、3#、6#金相砂纸打磨处理后，置于丙酬 中，超声清洗，过滤，再依次用无水乙醇、去离子水冲洗，W除去金属表面油污和油脂；
[0097] (2)电解液的制备:配制屯水合氯化姉和肉豆違酸的乙醇溶液，作为电解液。电解 液中，屯水合氯化姉为0.05mol/L，肉豆違酸为0.15mol/L，溶剂为无水乙醇。
[0098] (3)电沉积:将经预处理后的铁片作为阳极，侣合金作为阴极，两电极保持平行并 相隔2cm距离，在电沉积电压为15v时沉积30min时间，取出样品用乙醇清洗；
[0099] (4)将步骤(3)所得侣合金置于烘箱在80°C烘箱中烘干lOmin后形成超疏水表面。
[0100] 实施例8
[0101] -种具有耐蚀性能的侣合金超疏水表面的制备方法，包括如下步骤：
[0102] (1)电极的预处理：将侣合金和铁片经1#、3#、6#金相砂纸打磨处理后，置于丙酬 中，超声清洗，过滤，再依次用无水乙醇、去离子水冲洗，W除去金属表面油污和油脂；
[0103] (2)电解液的制备:配制屯水合氯化姉和肉豆違酸的乙醇溶液，作为电解液。电解 液中，屯水合氯化姉为0.02mol/L，肉豆違酸为0.08mol/L，溶剂为无水乙醇。
[0104] (3)电沉积:将经预处理后的铁片作为阳极，侣合金作为阴极，两电极保持平行并 相隔2cm距离，在电沉积电压为25v时沉积1 Omin时间，取出样品用乙醇清洗；
[0105] (4)将步骤(3)所得侣合金置于烘箱在40°C烘箱中烘干20min后形成超疏水表面。
[0106] 实施例9
[0107] -种具有耐蚀性能的侣合金超疏水表面的制备方法，包括如下步骤：
[0108] (1)电极的预处理：将侣合金和铁片经1#、3#、6#金相砂纸打磨处理后，置于丙酬 中，超声清洗，过滤，再依次用无水乙醇、去离子水冲洗，W除去金属表面油污和油脂；
[0109] (2)电解液的制备:配制屯水合氯化姉和肉豆違酸的乙醇溶液，作为电解液。电解 液中，屯水合氯化姉为0.03mol/L，肉豆違酸为0.12mol/L，溶剂为无水乙醇。
[0110] (3)电沉积:将经预处理后的铁片作为阳极，侣合金作为阴极，两电极保持平行并 相隔2cm距离，在电沉积电压为1 Ov时沉积30min时间，取出样品用乙醇清洗；
[0111] (4)将步骤(3)所得侣合金置于烘箱在60°C烘箱中烘干15min后形成超疏水表面。
[0112] 实施例10
[0113] -种具有耐蚀性能的侣合金超疏水表面的制备方法，包括如下步骤：
[0114] (1)电极的预处理：将侣合金和铁片经1#、3#、6#金相砂纸打磨处理后，置于丙酬 中，超声清洗，过滤，再依次用无水乙醇、去离子水冲洗，W除去金属表面油污和油脂；
[0115] (2)电解液的制备:配制屯水合氯化姉和肉豆違酸的乙醇溶液，作为电解液。电解 液中，屯水合氯化姉为0.04mol/L，肉豆違酸为0.1 Imol/L，溶剂为无水乙醇。
[0116] (3)电沉积:将经预处理后的铁片作为阳极，侣合金作为阴极，两电极保持平行并 相隔2cm距离，在电沉积电压为30v时沉积12min时间，取出样品用乙醇清洗；
[0117] (4)将步骤(3)所得侣合金置于烘箱在60°C烘箱中烘干12min后形成超疏水表面。
[0118] 上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。 熟悉本领域技术的人员显然可W容易地对运些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般 原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领 域技术人员根据本发明的掲示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的 保护范围之内。
【主权项】
1. 一种铝合金超疏水表面的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 以三价铈盐和肉豆蔻酸的混合溶液作为电解液，以钛片作为阳极，铝合金作为阴 极，两电极间隔设置，通电后在铝合金表面进行电沉积； (2) 电沉积完成后，取出铝合金，清洗，干燥，即在铝合金上形成了超疏水表面。2. 根据权利要求1所述的一种铝合金超疏水表面的制备方法，其特征在于，步骤（1)所 述的电解液中，三价铈盐的浓度为〇 · 02~0 · 05mol/L，肉豆蔻酸的浓度为0 · 08~0 · 15mol/L， 溶剂为无水乙醇。3. 根据权利要求1所述的一种铝合金超疏水表面的制备方法，其特征在于，步骤（1)中 所述的三价铈盐为七水合氯化铈。4. 根据权利要求1所述的一种铝合金超疏水表面的制备方法，其特征在于，步骤（1)中 两电极平行间隔2cm 〇5. 根据权利要求1所述的一种铝合金超疏水表面的制备方法，其特征在于，步骤（1)中 电沉积的工艺条件为:于室温条件下，在电压10-30v下电沉积10_30min。6. 根据权利要求1所述的一种铝合金超疏水表面的制备方法，其特征在于，步骤(2)中 干燥的工艺条件为:于40~80 °C下干燥10~20min。7. 根据权利要求1所述的一种铝合金超疏水表面的制备方法，其特征在于，步骤（1)中 的钛片和铝合金均进行预处理，预处理包括以下步骤:将铝合金和钛片经打磨处理后，置于 丙酮中，超声清洗，过滤，再依次用无水乙醇和去离子水冲洗。8. 根据权利要求7所述的一种铝合金超疏水表面的制备方法，其特征在于，打磨处理的 工艺条件为:依次用1#、3#、6#金相砂纸打磨。9. 根据权利要求1所述的一种铝合金超疏水表面的制备方法，其特征在于，所述的铝合 金为铝合金5052。
【文档编号】C25D9/02GK106048685SQ201610506703
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月30日
【发明人】徐群杰, 陈晓航, 李志文, 万云霄, 闵宇霖, 沈喜训
【申请人】上海电力学院