一种金属基材表面的微纳米超疏水膜及其制备工艺的制作方法

1.本发明涉及金属材料表面处理及改性技术领域，具体为一种金属基材表面的微纳米超疏水膜及其制备工艺。


背景技术：

2.金属作为重要的工程材料以其独特的性能优势在人类社会中发挥着重要的、不可替代的作用。超疏水表面由于在自清洁、抗腐蚀、抗结冰、油水分离、流体输运等领域的突出表现，近年来引起人们的广泛关注。通常认为，材料表面的润湿性主要由表面的微观结构和化学组成决定，因此超疏水金属表面的制备通常包含了两个步骤，即合适粗糙度的微纳米结构的构筑和低表面能物质修饰。
3.现有的金属基材表面的微纳米超疏水膜的制备步骤繁琐、操作复杂，且使用寿命较短，导致其一定程度上降低了其对金属基材表面的保护性能，因此，探索一种操作简单、且使用寿命较长的金属基材表面的微纳米超疏水膜的制备方法，无论对理论研究还是实际生产应用都具有重要意义。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种金属基材表面的微纳米超疏水膜及其制备工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种金属基材表面的微纳米超疏水膜及其制备工艺，所述微纳米超疏水膜设置在金属基材的表面上，微纳米超疏水膜呈现出花状、纤维状的微观结构，其静态触角大于152
°
6.本发明还提供了上述一种金属基材表面的微纳米超疏水膜的制备工艺，其特征在于：包括以下几个具体的步骤：
7.s1：对金属基材表面进行预处理，得到表面光滑且洁净的金属基材；
8.s2：对除杂后的金属基材表面喷涂主要成分为聚乙基硅树脂的粘胶层涂料
9.s3：将喷涂后的金属基材浸泡在六水合硝酸锌和六次甲基四胺的反应溶液中，对金属基材的表面进行刻蚀处理；
10.s4：将刻蚀处理后的金属基材浸泡在硬脂酸乙醇溶液中，对金属基材的表面进行疏水化修饰处理；
11.s5：将疏水化处理后的金属基材取出、清洗、恒温干燥，使得金属基材的表面形成微纳米超疏水膜。
12.作为本发明的一种优选方案，所述金属基材的预处理方法包括以下几个具体的步骤：
13.步骤一：先通过打磨抛光机对金属基材的表面进行抛磨；
14.步骤二：通过超声清洗设备对金属基材的表面进行超声清洗，除去其表面的杂质、油污及氧化物。
15.步骤三：将清理后的金属基材放入烘箱中高温烘干。
16.作为本发明的一种优选方案，所述步骤三中金属基材的烘干温度为： 100℃
‑
200℃。
17.作为本发明的一种优选方案，所述步骤s2中的金属基材的疏水化处理的反应时间为10min。
18.作为本发明的一种优选方案，所述步骤s2中的金属基材的疏水化处理的反应时间为2.5h。
19.作为本发明的一种优选方案，所述步骤s3中的金属基材的刻蚀处理时间为10min～15min。
20.作为本发明的一种优选方案，所述金属基材为铝合金。
21.作为本发明的一种优选方案，所述步骤s1中的六水合硝酸锌和六次甲基四胺的配比为：1:1.6。
22.作为本发明的一种优选方案，所述步骤s2中的粘胶层涂料的主要成分为：改性聚烯烃类树脂，改性聚烯烃类树脂为仅含碳、氢两种元素聚合而成的高分子聚合物。
23.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
24.本发明方案受自然界“荷叶效应”的启发，开发了用于金属表面腐蚀防护的超疏水膜制备新技术，运用该技术成功地在金属表面制备了具有不同微观结构(花状、纤维状等)的超疏水膜。无论在空气环境还是水溶液体系中，空气层可稳定存在于超疏水膜中，有效阻止腐蚀性介质对基体的侵蚀作用的防腐机制；通过本方案提供的制备方法制备的微纳米超疏水膜，相较于传统的该技术的制备方法而言，有效的延长了疏水膜的使用寿命，简化了疏水膜制备步骤，使其制备工艺更加简便。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.实施例1：本发明提供一种技术方案：一种金属基材表面的微纳米超疏水膜及其制备工艺，微纳米超疏水膜设置在金属基材的表面上，微纳米超疏水膜呈现出花状、纤维状的微观结构，其静态触角大于152
°
。
27.本发明还提供了上述一种金属基材表面的微纳米超疏水膜的制备工艺，其特征在于：包括以下几个具体的步骤：
28.s1：对金属基材表面进行预处理，得到表面光滑且洁净的金属基材；
29.s2：对除杂后的金属基材表面喷涂主要成分为聚乙基硅树脂的粘胶层涂料
30.s3：将喷涂后的金属基材浸泡在六水合硝酸锌和六次甲基四胺的反应溶液中，对金属基材的表面进行刻蚀处理；
31.s4：将刻蚀处理后的金属基材浸泡在硬脂酸乙醇溶液中，对金属基材的表面进行疏水化修饰处理；
32.s5：将疏水化处理后的金属基材取出、清洗、恒温干燥，使得金属基材的表面形成
微纳米超疏水膜。
33.作为本发明的一种优选方案，金属基材的预处理方法包括以下几个具体的步骤：
34.步骤一：先通过打磨抛光机对金属基材的表面进行抛磨；
35.步骤二：通过超声清洗设备对金属基材的表面进行超声清洗，除去其表面的杂质、油污及氧化物。
36.步骤三：将清理后的金属基材放入烘箱中高温烘干。
37.作为本发明的一种优选方案，步骤三中金属基材的烘干温度为：100℃
ꢀ‑
200℃。
38.作为本发明的一种优选方案，步骤s2中的金属基材的疏水化处理的反应时间为10min。
39.作为本发明的一种优选方案，步骤s3中的金属基材的刻蚀处理时间为 10min～15min。
40.作为本发明的一种优选方案，金属基材为铝合金。
41.作为本发明的一种优选方案，步骤s1中的六水合硝酸锌和六次甲基四胺的配比为：1:1.6。
42.作为本发明的一种优选方案，步骤s2中的粘胶层涂料的主要成分为：改性聚烯烃类树脂，改性聚烯烃类树脂为仅含碳、氢两种元素聚合而成的高分子聚合物。
43.实施例2：所述微纳米超疏水膜设置在金属基材的表面上，微纳米超疏水膜呈现出花状、纤维状的微观结构，其静态触角大于152
°
。
44.本发明还提供了上述一种金属基材表面的微纳米超疏水膜的制备工艺，其特征在于：包括以下几个具体的步骤：
45.s1：对金属基材表面进行预处理，得到表面光滑且洁净的金属基材；
46.s2：对除杂后的金属基材表面喷涂主要成分为聚乙基硅树脂的粘胶层涂料
47.s3：将喷涂后的金属基材浸泡在六水合硝酸锌和六次甲基四胺的反应溶液中，对金属基材的表面进行刻蚀处理；
48.s4：将刻蚀处理后的金属基材浸泡在硬脂酸乙醇溶液中，对金属基材的表面进行疏水化修饰处理；
49.s5：将疏水化处理后的金属基材取出、清洗、恒温干燥，使得金属基材的表面形成微纳米超疏水膜。
50.作为本发明的一种优选方案，所述金属基材的预处理方法包括以下几个具体的步骤：
51.步骤一：先通过打磨抛光机对金属基材的表面进行抛磨；
52.步骤二：通过超声清洗设备对金属基材的表面进行超声清洗，除去其表面的杂质、油污及氧化物。
53.步骤三：将清理后的金属基材放入烘箱中高温烘干。
54.作为本发明的一种优选方案，所述步骤三中金属基材的烘干温度为： 100℃
‑
200℃。
55.作为本发明的一种优选方案，所述步骤s2中的金属基材的疏水化处理的反应时间为2.5h。
56.作为本发明的一种优选方案，所述步骤s3中的金属基材的刻蚀处理时间为10min
～15min。
57.作为本发明的一种优选方案，所述金属基材为铝合金。
58.作为本发明的一种优选方案，所述步骤s1中的六水合硝酸锌和六次甲基四胺的配比为：1:2。
59.作为本发明的一种优选方案，所述步骤s2中的粘胶层涂料的主要成分为：改性聚烯烃类树脂，改性聚烯烃类树脂为仅含碳、氢两种元素聚合而成的高分子聚合物。
60.实施例2与实施例1的材料、制备步骤相同，不同之处在于两者的部分材料配比和疏水化处理时间不同。
61.实施例3：所述微纳米超疏水膜设置在金属基材的表面上，微纳米超疏水膜呈现出花状、纤维状的微观结构，其静态触角大于152
°
。
62.本发明还提供了上述一种金属基材表面的微纳米超疏水膜的制备工艺，其特征在于：包括以下几个具体的步骤：
63.s1：对金属基材表面进行预处理，得到表面光滑且洁净的金属基材；
64.s2：将喷涂后的金属基材浸泡在六水合硝酸锌和六次甲基四胺的反应溶液中，对金属基材的表面进行刻蚀处理；
65.s3：将刻蚀处理后的金属基材浸泡在硬脂酸乙醇溶液中，对金属基材的表面进行疏水化修饰处理；
66.s4：将疏水化处理后的金属基材取出、清洗、恒温干燥，使得金属基材的表面形成微纳米超疏水膜。
67.作为本发明的一种优选方案，所述金属基材的预处理方法包括以下几个具体的步骤：
68.步骤一：先通过打磨抛光机对金属基材的表面进行抛磨；
69.步骤二：通过超声清洗设备对金属基材的表面进行超声清洗，除去其表面的杂质、油污及氧化物。
70.步骤三：将清理后的金属基材放入烘箱中高温烘干。
71.作为本发明的一种优选方案，所述步骤三中金属基材的烘干温度为： 100℃
‑
200℃。
72.作为本发明的一种优选方案，所述步骤s2中的金属基材的疏水化处理的反应时间为2.5h。
73.作为本发明的一种优选方案，所述步骤s3中的金属基材的刻蚀处理时间为10min～15min。
74.作为本发明的一种优选方案，所述金属基材为铝合金。
75.作为本发明的一种优选方案，所述步骤s1中的六水合硝酸锌和六次甲基四胺的配比为：1:2。
76.作为本发明的一种优选方案，所述步骤s2中的粘胶层涂料的主要成分为：改性聚烯烃类树脂，改性聚烯烃类树脂为仅含碳、氢两种元素聚合而成的高分子聚合物。
77.实施例3与实施例2的不同之处仅在于两者的粘胶层涂料的应用。
78.按实施例1
‑
3中所述配比与制备工艺所制得的微纳米超疏水膜，对其拉空隙度、厚度、防覆冰性、疏水性和防腐蚀性等方面进行测试，结果通过a、 b、c、d进行评定(a/b/c/d代
表的等级依次递减)，如下表所示：
[0079][0080]
由表中可以看出，按照实施例2中所述制备工艺所制得的微纳米超疏水膜，在防覆冰性、疏水性和防腐蚀性方面效果较好。
[0081]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。