一種高疏水低粘附鋁表面的製備方法與流程

2023-09-20 13:59:25

本發明涉及金屬表面改性技術，具體涉及一種高疏水低粘附鋁表面的製備方法。

背景技術：

隨著仿生學的不斷發展，自然界中的各種現象逐漸被人們所熟知。這一過程中，人們發現了有些動植物表面具有自清潔現象，其中最為典型的就是「荷葉效應」：雨水落在荷葉表面上時會發生聚集並自由滾動，同時將附著在表面上的灰塵等汙染物帶走，從而達到了表面自清潔的作用，有此類現象的還有水稻葉的表面等。因而有著很多的研究者開始致力於此等現象的研究，研究其表面的結構。

鋁在金屬中極為常見，也是利用率較高的金屬，亦是工業生產中最廣泛應用的金屬材料。鋁及其合金有著一系列優越性能，比如其強度比較高，延展性好，有著良好的導電性、耐氧化性等優點。在航天航空、機械製造及化學工業等領域有廣泛的應用。但是普通鋁表面的性能確是不能很好的滿足社會日益發展的需要，所以研究者們開始將目光放在金屬上，在金屬表面製備出類似於具有「荷葉效應」的表面。

一般情況下，製備此表面需要具備粗糙結構和低表面能兩個要素。所以一般的製備方法也都從這兩個方面分析。目前製備此表面有很多方法，但是這些方法或材料基體受限、或工藝複雜、或耗資大等。

本發明提供一種低成本，簡單易行，操作方便的化學刻蝕法來製備鋁表面。

技術實現要素：

本發明的目的是克服現有技術中存在的材料基體受限、工藝複雜或耗資大等缺點，提供一種高疏水低粘附鋁表面的製備方法，本發明的製備方法具有方法簡單，易操作處理，成本較低等優點。

本法是通過以下技術方案實現上述目的的，一種高疏水低粘附鋁表面的製備方法，包括以下步驟：

1)對鋁基表面進行預處理：鋁基經砂紙打磨，而後進行超聲條件下清洗，然後置於乾燥箱中乾燥；

2)製備表面微納結構：將經過預處理的鋁基放入0.8mol/L鹽酸溶液中，在常溫下刻蝕17-20小時，得到微米結構的表面，隨後在超聲波條件下進行清洗，然後乾燥；接著置於0.8mol/L氯化銅溶液中刻蝕鋁基表面3分鐘，得出在鋁基表面的微米結構基礎上形成出納米結構，即微納複合結構，然後在超聲波條件下進行清洗，然後再次進行乾燥；本發明中鹽酸刻蝕時間為17-20小時，低於設定時間製備出的鋁表面水滴接觸角偏小；高於設定刻蝕時間則鋁表面接觸角沒有明顯變化。

3)降低表面能：將步驟2)處理後的鋁基放入濃度為0.5mol/L硬脂酸無水乙醇溶液中，在53℃條件下修飾鋁基1小時，隨後在乾燥箱中於95℃下乾燥固化30分鐘，得高疏水低粘附鋁表面。本發明採取0.5mol/L硬脂酸無水乙醇溶液對鋁表面進行低表面能處理，在前期研發過程中採取0.1-0.2mol/L的硬脂酸無水乙醇溶液進行處理，處理後的鋁表面水滴接觸角平均僅為146°左右，而本發明採取0.5mol/L硬脂酸無水乙醇溶液平均接觸角能達到或者大於148°。

步驟2)中所述處理工序鹽酸和氯化銅兩步刻蝕，在鋁基表面製備出微納複合結構表面，使鋁基表面更易疏水；

步驟3)中所述處理工序是用硬脂酸處理表面，降低鋁基的表面能，提高鋁基表面的疏水性能；

與現有技術相比，採用本發明在鋁基表面製備疏水微納結構，具有以下優點：

1.鋁基刻蝕的試劑為常見試劑，配置容易，方法簡單易行；

2.製備鋁基表面所用設備：超聲波清洗器、電子天平、乾燥箱與水浴加熱器，這些設備較為廉價，並且購買方便，操作簡單，可以工業化生產；

3.製備出的鋁基表面平均接觸角為148°，最高可達到150°並且表面粘附性很弱，水滴易從表面滾落；

4.本發明製備疏水微納結構表面，有利於提高鋁基表面的疏水性能。

附圖說明

圖1為實例1中疏水鋁基表面的水滴形態。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明了，下面結合具體實施方式，對本發明進一步詳細說明。應該理解，這些描述只是示例性的，而並非要限制本發明的範圍。

實施例1

將尺寸大小為20*20*2mm的鋁基經砂紙打磨，超聲清洗，並且用乾燥箱乾燥，去除表面的氧化層；

製備表面微納結構：將經過預處理的鋁基放入0.8mol/L鹽酸溶液中，在常溫下將鋁基置於溶液中刻蝕17個小時，隨後超聲清洗並且用乾燥箱乾燥；然後置於0.8mol/L氯化銅溶液中刻蝕3分鐘，接著用超聲清洗並且乾燥箱乾燥。

將低表面能：將刻蝕過後的鋁基放入配置好的0.5mol/L的硬脂酸無水乙醇溶液中，在水浴53℃條件下修飾鋁基1個小時，隨後在乾燥箱中於95℃下乾燥固化30分鐘，通過接觸角測量儀對處理後的鋁基進行滴水實驗，測量靜態水滴在鋁基表面的接觸角度，結果為鋁基表面水滴接觸角最高可達150°。

實施例2

將尺寸大小為20*20*2mm的鋁基經砂紙打磨，超聲清洗，並且用乾燥箱乾燥，去除表面的氧化層；

製備表面微納結構：將經過預處理的鋁基放入0.8mol/L鹽酸溶液中，在常溫下將鋁基置於溶液中刻蝕18個小時，隨後超聲清洗並且用乾燥箱乾燥；然後置於0.8mol/L氯化銅溶液中刻蝕3分鐘，接著用超聲清洗並且乾燥箱乾燥。

將低表面能：將刻蝕過後的鋁基放入配置好的0.5mol/L的硬脂酸無水乙醇溶液中，在水浴53℃條件下修飾鋁基1個小時，隨後在乾燥箱中於95℃下乾燥固化30分鐘，通過接觸角測量儀對處理後的鋁基進行滴水實驗，測量靜態水滴在鋁基表面的接觸角度，結果為鋁基表面水滴平均接觸角為148°，顯示疏水性。

實施例3

將尺寸大小為20*20*2mm的鋁基經砂紙打磨，超聲清洗，並且用乾燥箱乾燥，去除表面的氧化層；

製備表面微納結構：將經過預處理的鋁基放入0.8mol/L鹽酸溶液中，在常溫下將鋁基置於溶液中刻蝕20個小時，隨後超聲清洗並且用乾燥箱乾燥；然後置於0.8mol/L氯化銅溶液中刻蝕3分鐘，接著用超聲清洗並且乾燥箱乾燥。

將低表面能：將刻蝕過後的鋁基放入配置好的0.5mol/L的硬脂酸無水乙醇溶液中，在水浴53℃條件下修飾鋁基1個小時，隨後在乾燥箱中於95℃下乾燥固化30分鐘，通過接觸角測量儀對處理後的鋁基進行滴水實驗，測量靜態水滴在鋁基表面的接觸角度，結果為鋁基表面水滴接觸角為148°，顯示疏水性。

儘管已經詳細描述了本發明的實施方式，但是應該理解的是，在不偏離本發明的精神和範圍的情況下，可以對本發明的實施方式做出各種改變、替換和變更。