一種製備鈦或鈦合金超疏水表面的方法
2023-05-26 02:17:36 3
專利名稱：一種製備鈦或鈦合金超疏水表面的方法
技術領域：
本發明涉及金屬表面處理，特別涉及到一種電化學製備鈦或鈦合金超疏水表面的工藝方法。
背景技術：
鈦及鈦合金具有比強度高、耐熱性好、耐腐蝕等優良特性，超疏水表面具有自清潔、減阻減摩、防結霜、抑制表面腐蝕等特點。因此，發明鈦或鈦合金超疏水表面製備方法，對航空、航天、艦船、兵器等工業發展有著極其重要的意義。製備鈦或鈦合金超疏水表面一般需要兩個步驟一是對其表面進行粗糙化處理，構建微納米粗糙結構；二是降低其表面能，通常利用低表面能物質矽烷、氟矽烷或硬脂酸等 來修飾所獲得的粗糙結構。Qu等通過在鈦基底上製備導電聚苯胺納米管薄膜製備超疏水表面(M. N. Qu, G. Y. Zhao, X. P. Cao, J. Y. Zhang, Langmuir 2008, 24,4185)，Fujishima 等利用印刷法在鈦基底製備了超疏水表面(K. Nakata, S. Nishimoto, A. Kubo, D. Tryk, T. Ochiai,T. Murakami, A. Fujishima, Chem. Asian J. 2009,4,984),上述方法需要較多的步驟以及較長的加工時間。Lin等利用電化學法製備超疏水鈦表面，以鉬金為陰極，氫氟酸為電解液(Y. K. Lai, C. J. Lin, J. Y. Huang, H. F. Zhuang, L. Sun, T. Nguyen, Langmuir, 2008, 24, 3867),由於鉬金是貴重金屬，使得該方法成本較高，氫氟酸屬於強酸，並具有較強的氧化性，會對環境造成汙染。利用強酸或強鹼製備超疏水鈦表面的還有中國專利200810183386.9，Chen 等(A. C. Chen, X. S. Peng, K. Koczkur, B. Miller,Chem. Commun. 2004,1964)和 Ivanova等(E. P. Ivanova, V. K. Truong, J. Y. Wang, C. C. Berndt, R. T. Jones, I. I. Yusuf, I. Peake,
H.ff. Schmidt, C. Fluke, D. Barnes, R. J. Crawford, Langmuir, 2010, 26,1973)，這些方法會在較大程度上對環境造成汙染。電化學刻蝕法是一種簡單，高效，可控性好的傳統技術。使用電化學法構造超疏水表面的粗糙結構具有操作簡單方便、加工時間短等優點。此外，與上述製備鈦或鈦合金超疏水表面的方法相比，本發明使用中性電解液，避免強酸強鹼溶液的使用，使得加工過程更加環保，操作人員更加安全。目前，採用中性電解液的電化學法製備鈦或鈦合金超疏水表面的方法尚無文獻報導。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種安全、環保、加工過程簡單且加工效率高的方法來製備鈦或鈦合金超疏水表面。為了解決上述技術問題，本發明提供構建鈦或鈦合金超疏水表面的工藝方法，包括如下步驟(I)將金屬鈦或鈦合金清洗除油；(2)將鈦或鈦合金和陰極平行對稱放置，並通過導線與直流電源相連，鈦或鈦合金接正極，陰極接負極，然後將其放入盛有電解液的容器中，接通電源開始電化學刻蝕；所採用的電解液為NaCl或NaBr水溶液；刻蝕完成後將鈦或鈦合金清洗，吹乾；
(3)將步驟⑵得到的鈦或鈦合金表面用低表面能材料進行修飾，取出後烘乾，即得到鈦或鈦合金超疏水表面；所採用的低表面能材料包括氟矽烷、硬脂酸、棕櫚酸、月桂酸或肉豆蘧酸。本發明與現有的鈦或鈦合金超疏水表面製備技術相比具有以下優點(I)本發明無需複雜的加工裝置和操作步驟，且極易大面積製備。(2)本發明採用中性電解液，無需強酸、強鹼，反應過程中無刺激性氣體產生，對操作人員和環境的危害小。(3)本發明的加工效率高，只需幾分鐘的時間就可得到超疏水表面所需的二元微納米粗糙結構。 (4)本發明得到的鈦或鈦合金超疏水表面具有較好的超疏水性能,對水的接觸角大於150° ,滾動角小於5°。
圖I為實施例I的加工裝置示意圖。圖2為實施例I獲得的鈦超疏水表面的掃描電鏡圖。圖3為實施例I獲得的鈦超疏水表面的掃描電鏡圖。圖4為實施例I獲得的鈦超疏水表面的掃描電鏡圖。圖5為實施例I獲得的欽超疏水表面的疏水不意圖。
具體實施例方式以下結合技術方案和附圖詳細敘述本發明的具體實施例。實施例I(I)將鈦板和陰極銅板切割成20mmX30mm,實際加工面積為20mmX20mm,其餘部
分用於裝夾和導電。加工前，對鈦板和陰極銅板依次使用無水乙醇和去離子水超聲波清洗，吹乾。(2)將鈦板和陰極銅板平行對稱固定,兩板間距為IOmm,兩板通過導線與直流電源相連，鈦板接電源正極，陰極銅板接電源負極；將兩板放入盛有O. 2mol/L NaCl水溶液中；接通直流電源，開始加工，電流密度為lA/cm2。加工時溶液溫度為室溫(約25°C )，加工時間為3min。(3)加工完成後將鈦板用去離子水衝洗，吹乾，最後將其放入配製好的質量分數為I %的氟矽烷乙醇溶液中，在室溫下浸泡2h後取出，放入烘箱中，在80°C下烘15min，取出後在空氣中冷卻到室溫，即可得到超疏水表面。水滴在鈦或鈦合金超疏水表面上的接觸角為153°，滾動角為2°。如果使用硬脂酸、棕櫚酸、月桂酸或肉豆蘧酸等來降低表面能時，接觸角都會超過150°。實施例2(I)將鈦板和陰極銅板切割成20mmX30mm,實際加工面積為20mmX20mm,其餘部
分用於裝夾和導電。加工前，對鈦板和陰極銅板依次使用無水乙醇和去離子水超聲波清洗，吹乾。(2)將鈦板和陰極銅板平行對稱固定,兩板間距為IOmm,兩板通過導線與直流電源相連，鈦板接電源正極，陰極銅板接電源負極；將兩板放入盛有O. 2mol/L NaBr水溶液中；接通直流電源，開始加工，電流密度為O. 5A/cm2。加工時溶液溫度為室溫(約25°C )，加工時間為15min。(3)加工完成後將鈦板用去離子水衝洗，吹乾，最後將其放入配製好的質量分數為1 %的硬脂酸乙醇溶液中，在室溫下浸泡2h後取出，放入烘箱中，在80°C下烘15min，取出後在空氣中冷卻到室溫，即可得到超疏水表面。水滴在鈦或鈦合金超疏水表面上的接觸角為161°，滾動角為2°。如果使用氟矽烷、棕櫚酸、月桂酸或肉豆蘧酸等來降低表面能時，接觸角都會超過150°。
權利要求
1.一種製備鈦或鈦合金超疏水表面的方法，其特徵在於包括以下步驟 (1)將鈦或鈦合金清洗除油； (2)將作為陽極的鈦或鈦合金和陰極平行對稱放置，並通過導線與直流電源相連，鈦或鈦合金接正極，陰極接負極，然後將其放入電解液中，接通電源開始電化學刻蝕；所採用的電解液為NaCl或NaBr水溶液；刻蝕完成後將鈦或鈦合金清洗，吹乾； (3)將步驟(2)得到的鈦或鈦合金表面用低表面能材料進行修飾，取出後烘乾，即得到鈦或鈦合金超疏水表面；所採用的低表面能材料包括氟矽烷、硬脂酸、棕櫚酸、月桂酸或肉豆蘧酸。
全文摘要
本發明公開了一種製備鈦或鈦合金超疏水表面的方法，其特徵是將作為陽極的鈦或鈦合金和陰極平行對稱放置，並通過導線與直流電源相連，鈦或鈦合金接正極，陰極接負極，然後將其放入電解液中，接通電源開始電化學刻蝕；所採用的電解液為NaCl或NaBr水溶液；刻蝕完成後將鈦或鈦合金清洗，吹乾；將得到的鈦或鈦合金表面用低表面能材料進行修飾，取出後烘乾，即得到鈦或鈦合金超疏水表面；所採用的低表面能材料包括氟矽烷、硬脂酸、棕櫚酸、月桂酸或肉豆蔻酸。本發明工藝簡單，快速高效，可控性好，特別是中性電解液的使用使得該方法更加安全，環保，在航空、航天、艦船等領域有著廣泛的應用前景。
文檔編號C25F3/08GK102618913SQ20121010393
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月10日 優先權日2012年4月10日
發明者劉新, 孫晶, 宋金龍, 徐文驥, 陸遙 申請人:大連理工大學