一种基于电镀方法的简易超疏水管内表面制备装置与流程

本发明属于材料表面改性技术领域，特别是一种基于电镀方法的简易超疏水管内表面制备装置。

背景技术：

表面润湿性是固体材料表面的一个重要性质，改变固体表面的浸润性为亲水性或疏水性，可以有效地改善材料的某些缺点，扩大材料的应用范围。具有超疏水性质的固体表面与水滴接触后几乎呈现不润湿的状态，而这种状态在防冰冻、微流体、管道减阻、防腐蚀及自我清洁等方面都有着重要作用，经过进一步研究发现，表面上的微纳米粗糙结构是达到超疏水性质的主要原因。

虽然目前已经有了众多制备超疏水表面的方法，但是这些方法大多是在小平板试样上制备，难以实现在管道内壁上应用，具有自身的限制，如涉及强酸、复杂的程序、较低的加工效率、对材料的种类、尺寸以及形状依赖性较大等，使得管道内壁制备超疏水表面受到极大限制；如cn103047485a采用超疏水涂料灌注管道后实现超疏水表面，但由于缺少超疏水表面特有的微纳结构，无法达到超疏水状态，导致超疏水涂料抗冲刷能力很差，且灌注方法无法控制涂层厚度的一致性；cn110340532a利用激光烧蚀技术制备超疏水结构，但高精度激光设备造价昂贵，烧蚀过程用时，且难以在管道内进行工作；所以亟需寻求一种结合力强、结构均匀、造价低廉、环境友好的管道内壁超疏水表面制备装置。

技术实现要素：

本发明目的是为了解决现有圆管内超疏水表面技术中的内表面限制操作、设备造价昂贵、工艺流程复杂、表面均匀性不高的问题，提出了一种基于电镀方法的简易超疏水管内表面制备装置，在管道内壁电镀一层均匀细小的镀层，使之达到稳定的疏水结构，解决了在管道内壁实现超疏水性困难的问题。

本发明的技术方案：

一种基于电镀方法的简易超疏水管内表面制备装置，包括同轴心置于底座2与顶板6之间的管件5和电镀阳极4，管件5包围在电镀阳极4外部；底座2和顶板6两侧均开有螺纹通孔，丝杆9过螺纹通孔穿过顶板6与底座2，将电镀阳极4和管件5围成封闭的反应腔体；顶板6底面和底座2顶面分别开设有阳极限位槽与管件限位槽，用于限定电镀阳极4与管件5的径向移动，阳极限位槽和管件限位槽分别对应与电镀阳极4、管件5的外圆间隙配合；电镀阳极4与管件5顶端上表面还安装有与其横截面形状一致的导电铜片7，导电铜片7上侧面连接导线，导线通过顶板6上的通孔接入到电源8；顶板6与底座2均开孔接入循环管路中，蠕动泵11作为动力源驱动镀液槽10中的溶液进入管件5内进行反应后，流回镀液槽10完成循环；超声波换能器1安装于底座2下端，其与管件5同轴心设置。

所述镀液槽10放置于恒温水浴中。

所述电镀阳极4与管件5上下两端均采用密封垫片密封，其中上端密封垫片开设有便于电源线穿过和导电铜片7接通的通孔。

在底座2内部还设置有用于检测管件5内的反应温度的温度传感器3。

所述导电铜片7上侧面与导线连接方式为焊接，所述电源8为可编程电源，根据所需超疏水表面的形貌特征进行编程调控。

所述整体管路均包裹有硅酸铝复合保温层，以及缠绕在硅酸铝复合保温层外的玻璃丝布、粘贴在玻璃丝布外的铝箔纸。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明以较低的装置成本、简易的操作方法解决了管道内壁超疏水表面制备困难的问题，减少了对昂贵的高精度调整装置的依赖，通过底座与顶板的夹装即可使装置达到很好的一致性，管件与电镀阳极同轴度高，为镀层均匀性提供了基础，更换试件时拆卸同样快捷，无需复杂拆装过程。

(2)本发明在管件正下方安装超声波能换器，可以使超声波能量集中贯穿整个管件内部，工作时超声波换能器进行剧烈空化作用，超声波对镀液产生高频振动，使得管件内表面反应加速且均匀化、细致化、气泡逃逸速度加快，避免了气泡停留导致的表面反应受阻。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图。

图中：1超声波换能器；2底座；3温度传感器；4电镀阳极；5管件；6顶板；7导电铜片；8电源；9丝杆；10镀液槽；11蠕动泵。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

如图1所示，本发明的基于电镀方法的简易超疏水管内表面制备装置，包括同轴心置于底座2与顶板6之间的管件5和电镀阳极4；所述顶板6，底座2的两侧均开设有螺纹通孔，丝杆9通过螺纹通孔穿过顶板6与底座2将电镀阳极4、管件5围成封闭的反应腔体；所述顶板6底面，底座2顶面分别开设有阳极限位槽与管件限位槽，所述限位槽内有与电镀阳极4、管件5相匹配的密封垫片，所述密封垫片与顶板6开设有一通孔以便电源线穿过和电极贯通，所述限位槽与电镀阳极4，管件5的外圆间隙配合，所述顶板处的垫片与电极间还设置有导电铜片夹层。所述底座2与顶板6分别开设有进液口及出液口，所述恒温镀液槽10中的镀液通过管路顺次进入底座2进液口、管件5内部、顶板6出液口后回流至恒温镀液槽10完成循环；超声波换能器1固定于底座底面，其轴心与管件5的轴心重合，超声波换能器产生超声振动，既能达到使管件与镀液反应均匀的目的，又能加速产生气泡的逃逸行为。

为了提高管件5内部密封性，设置圆形限位槽与电镀阳极4截面形状一致，环形限位槽与管件5截面形状一致，且圆形限位槽与环形限位槽同轴心设置。

为了在保持密封性的同时减小电极安装结构空间，所述导电铜片7与电镀阳极4、管件5相匹配安装，所述导电铜片7上侧面与导线连接方式为焊接，导线另一端与电源连接；所述电源为可编程电源，可根据所需超疏水表面的形貌特征进行编程调控。

为了保持反应过程镀液温度稳定，装置管路均包裹有硅酸铝复合保温层，以及缠绕在硅酸铝复合保温层外的玻璃丝布、包裹在玻璃丝布外的铝箔纸。

本发明的基于电镀方法的超疏水表面制备装置工作时，首先在底座2的凹槽中放置好密封垫片和温度传感器3，将管件5嵌入底座环形凹槽中且与密封垫片紧密贴合，为了使电镀阳极4在放置过程中不与管件5发生刮碰，将电镀阳极4沿管件5轴心线垂直向下插入到底座2凹槽中，用顶板6扣合后通过丝杆9进行固定，调节镀液槽10中的镀液至所需温度，启动蠕动泵11将镀液抽入到管件5中进行循环，调节超声波能换器1的振动频率以及编程电源输出，进行电镀工作，工作结束后利用无水乙醇和去离子水将已镀管件5清洗并干燥，根据所需电镀方法即可得到内壁具有微纳结构的超疏水管件。

实施例1：

1.管件前处理：以长度500mm，内径10mm的紫铜管为待镀管件，进行表面抛光、去渍、除油处理，然后活化30s,用去离子水清洗干净，吹干后得到经过处理的工件；活化液成分：体积分数为10％的hcl。

2.管件安装：首先将待镀管件5安装在底座2上，缓慢移动电镀阳极4竖直向下至接触底座2凹槽，随后旋进丝杆9以完成装置密封。

3.电镀：以镍棒为电镀阳极4，预处理后的工件为阴极5，两极径向距离为4mm，在基础电镀液中进行电镀，电极之间距离为2mm，电沉积的具体参数：泵送流量50l/h，镀液成分nicl2·6h2o1mol/l,kcl1mol/l,ph值为4，镀液温度60℃，用电源编程前20min以50ma/cm²，后5min以100ma/cm²的电流密度；超声波换能器1的圆心位置位于底座2正中央，超声波的频率为15khz到30khz之间，根据所需镀层结构最小单元的尺度调节频率为30khz，电镀后利用无水乙醇和去离子水将已镀管件5清洗并在50摄氏度的真空干燥箱中干燥，无需经低表面能处理即可得到内壁具有微纳结构的超疏水铜管。

实施例2：

1.管件前处理：以长度500mm，内径10mm的q235钢管为待镀管件，进行表面抛光、去渍、除油处理，然后活化一分钟,用去离子水清洗干净，吹干后得到经过处理的工件；活化液成分：0.07mol/l的h2so4。

2.管件安装：首先将待镀管件5安装在底座2上，缓慢移动电镀阳极4竖直向下至接触底座2凹槽，随后旋进丝杆9以完成装置密封。

3.电镀：以紫铜管为电镀阳极4，预处理后的工件为阴极5，两极径向距离为2mm，在基础电镀液中进行电镀，电极之间距离为4mm，电沉积的具体参数：泵送流量50l/h，镀液成分naoh50g/l，c4o10h12kna100g/l,镀液温度60℃，用电源编程前20min以1a/dm²，后5min以4a/dm²的电流密度；超声波换能器1的圆心位置位于底座2正中央，超声波的频率为15khz到30khz之间，根据所需镀层结构最小单元的尺度调节频率为30khz，电镀后利用无水乙醇和去离子水将已镀管件清洗并干燥，经0.05mol/l硬脂酸修饰后即可得到内壁具有微纳结构的超疏水钢管。

本发明装置工作可靠，操作方便，能够较好的开展相关科学研究工作。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。