一類鈦合金超疏水表面的制備方法
【專利摘要】本發明一類鈦合金超疏水表面的制備方法屬于金屬材料表面處理領域，具體涉及一類原電池反應制備鈦合金超疏水表面的方法。該方法將經過預處理的鈦合金金屬基體置于特定金屬鹽溶液中反應后，吹干，再用低表面能材料修飾，之后在烘箱中烘干。預處理工藝是先后分別用丙酮、無水乙醇或去離子水超聲清洗鈦合金金屬基體表面。采用本發明所制備的鈦合金表面具有優良的超疏水性，其表面的對水的接觸角可達170°，滾動角在5°以下。本發明很好的解決了防水、防污和防腐問題，所需設備少，工藝簡單，加工快速，特別是可大面積制備、對基材形狀無要求等特點，在航空、航天、航海等工業領域有廣泛的應用前景。
【專利說明】一類鈦合金超疏水表面的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于金屬材料表面處理領域，具體涉及一類原電池反應制備鈦合金超疏水表面的方法。
【背景技術】
[0002]超疏水表面指的是對水的接觸角大于150°的表面,其擁有超強的斥水性能,水滴在這種表面上可以輕易滾動。超疏水表面因其自清潔、耐腐蝕、減阻、防結冰結霜、水油分離、抗生物粘附等諸多特性，在多個工業領域具有廣泛應用潛力，尤其在軍事、通訊、生物醫學等領域被認為有巨大實用價值。鈦合金具有重量輕、強度高、耐高溫、耐腐蝕等特性，在航空、化工、運輸、航海等許多工業中有著十分重要的應用。在鈦合金材料表面制備超疏水表面，可以進一步提升其耐腐蝕性、降低與水流之間的摩擦阻力等，進一步提升鈦合金的性能，對鈦合金的大規模應用有實際價值和重要意義。
[0003]當前，金屬基體上超疏水表面制備主要通過先構造表面微納米粗糙結構，再用低表面能物質修飾。就鈦或鈦合金而言，通常由電化學方法制備表面粗糙結構。電化學方法一般是通過陽極刻蝕或陽極氧化制備粗糙結構，然后低表面能物質修飾制備超疏水表面。電化學方法的優點是受材料限制較小，易于產生粗糙結構，并且可控性較好。但由于電化學方法需要直流電源連續供電，所需設備較多且耗費大量電能。其受體積限制，不能直接進行大面積加工。而且電化學方法普遍加工時間較長。如徐文驥等人的中國專利號CN102618913A，名稱為“一種制備鈦或鈦合金超疏水表面的方法”公開了一種在NaCl或NaBr溶液中對鈦或鈦合金進 行陽極刻蝕構建微納米粗糙結構，氟硅烷修飾后制得超疏水表面的方法，該方法制備表面超疏水性能較好，但需要專門搭建反應平臺，對陰極陽極位置也有較高要求,且其加工時間相對較長。
【發明內容】
[0004]本發明是為克服現有技術的不足，提供一類只需要烘箱、加工快速、可以進行大面積加工的方法來，通過將預處理的鈦合金金屬基體置于特定金屬鹽溶液中反應制備鈦合金超疏水表面，以解決防水、防污和防腐問題。
[0005]本發明采用的技術方案是一類鈦合金超疏水表面的制備方法，其特征在于，該方法將經過預處理的鈦合金金屬基體置于特定金屬鹽溶液中反應后，吹干，再用低表面能材料修飾，之后在烘箱中烘干；制備方法具體步驟如下:
[0006]I)預處理工藝為:先后分別用丙酮、無水乙醇或去離子水超聲清洗鈦合金金屬基體表面，超聲清洗時間為30-60S ;再用稀氫氟酸去除表面氧化層；稀氫氟酸濃度為2wt.%,氫氟酸處理時間為5_60s ；
[0007]2)將預處理后的鈦合金金屬基體置于特定金屬鹽溶液中，特定金屬鹽溶液指硝酸銀溶液、硫酸銅溶液或乙酸鉛溶液；硝酸銀溶液的濃度為20mmol/L，硫酸銅溶液的濃度為50mmol/L,乙酸鉛溶液的濃度為50mmol/L ;預處理后的鈦合金金屬基體與金屬鹽溶液反應時間為60s，再吹干；
[0008]3)進行低表面材料修飾處理，把反應后的鈦合金金屬基體浸泡在質量分數為1%的氟硅烷無水乙醇溶液中，浸泡時間為120min ；
[0009]4)在烘箱中烘干，將修飾處理后的鈦合金金屬基體放入120°C烘箱中烘烤15min，之后取出冷卻至室溫。
[0010]本發明的有益效果是基于原電池反應的制備方法對零件形狀、表面形貌無特殊要求，且可以加工任意面積的表面；制備過程中所需設備少，僅需烘干設備，適用于一些不方便搭建大型設備的場合；并且只需一分鐘就能得到超疏水表面所需要的微觀粗糙結構，快捷高效。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為制得的鈦合金超疏水表面對水滴的水接觸角示意圖。Θ和β分別為鈦合金超疏水表面對水滴的接觸角和滾動角，1-水滴、2-超疏水鈦合金板。
[0012]圖2為實施例1制得的鈦合金超疏水表面放大5000倍的掃描電鏡圖。
[0013]圖3為實施例2制得的鈦合金超疏水表面放大5000倍的掃描電鏡圖。
[0014]圖4為實施例3制得的鈦合金超疏水表面放大5000倍的掃描電鏡圖。
【具體實施方式】
[0015]以下結合技術方案和附圖詳細敘述本發明的具體實施。
[0016]實施例1采用硝酸銀溶液構建表面粗糙結構:
[0017](1)將鈦合金板切成20mmX30mm。先后用丙酮、無水乙醇或去離子水分別超聲清洗鈦合金金屬基體表面30s,再用濃度為2wt.%稀氫氟酸浸泡鈦合金金屬基體30s以去除表面氧化層。
[0018](2)然后，將預處理后的鈦合金金屬基體浸泡在20mmol/L濃度硝酸銀溶液中，在室溫下反應60s。
[0019](3)將反應后的鈦合金金屬基體浸泡在質量分數為1%的氟硅烷乙醇溶液中浸泡120min，然后取出后放入120°C烘箱中烘烤15min，取出樣件冷卻到室溫，即得到鈦合金超疏水表面。
[0020]圖2為采用實施例1所制得的鈦合金超疏水表面放大5000倍的場發射掃描電子顯微鏡照片，其表面為無規則分布的球狀、塊狀顆粒物聚集體，大型聚集體大小為
0.5-2 μ m，小型聚集體大小為10-200nm。測得該超疏水表面對水滴的接觸角為170.8°，滾動角為2.6°左右。
[0021]實施例2采用硫酸銅溶液構建表面粗糙結構:
[0022](1)將鈦合金板切成20mmX30mm。先后用丙酮、無水乙醇或去離子水分別超聲清洗鈦合金金屬基體表面30s,再用濃度為2wt.%稀氫氟酸浸泡鈦合金金屬基體5s以去除表面氧化層。
[0023](2)然后，將預處理后的鈦合金金屬基體浸泡在50mmol/L濃度硫酸銅溶液中，在室溫下反應60s。
[0024](3)將反應后的鈦合金金屬基體浸泡在質量分數為1%的氟硅烷乙醇溶液中浸泡120min，然后取出后放入120°C烘箱中烘烤15min，取出樣件冷卻到室溫，即得到鈦合金超疏水表面。
[0025]圖3為采用實施例2所制得的鈦合金超疏水表面放大5000倍的場發射掃描電子顯微鏡照片，其表面為無規則分布的球狀、塊狀顆粒物聚集體，大型聚集體大小為1-2 μ m,小型聚集體大小為10-50nm。測得該超疏水表面對水滴的接觸角為164.4° ,滾動角為3.2°左右。
[0026]實施例3采用乙酸鉛溶液構建表面粗糙結構:
[0027](I)將鈦合金板切成20mmX30mm。先后用丙酮、無水乙醇或去離子水分別超聲清洗鈦合金金屬基體表面30s,再用濃度為2wt.%稀氫氟酸浸泡鈦合金金屬基體1s以去除表面氧化層。
[0028](2)然后，將預處理后的鈦合金金屬基體浸泡在50mmol/L濃度乙酸鉛溶液中，在室溫下反應60s。
[0029](3)將反應后的鈦合金金屬基體浸泡在質量分數為I %的氟硅烷乙醇溶液中浸泡120min，然后取出后放入120°C烘箱中烘烤15min，取出樣件冷卻到室溫，即得到鈦合金超疏水表面。
[0030]圖4為米用實施例3所制得的鈦合金超疏水表面放大5000倍的場發射掃描電子顯微鏡照片，其表面為無規則分布的球狀、塊狀顆粒物聚集體，大型聚集體大小為
0.5-2 μ m，小型聚集 體大小為50-500nm。測得該超疏水表面對水滴的接觸角為160.4°，滾動角為4.6°左右。
【權利要求】
1.一類鈦合金超疏水表面的制備方法，其特征在于，該方法將經過預處理的鈦合金金屬基體置于特定金屬鹽溶液中反應后，吹干，再用低表面能材料修飾，之后在烘箱中烘干；制備方法具體步驟如下: 1)預處理工藝為:先后分別用丙酮、無水乙醇或去離子水超聲清洗鈦合金金屬基體表面，超聲清洗時間為30-60S ;再用稀氫氟酸去除表面氧化層；稀氫氟酸濃度為2wt.%，氫氟酸處理時間為5-60s ； 2)將預處理后的鈦合金金屬基體置于特定金屬鹽溶液中，特定金屬鹽溶液指硝酸銀溶液、硫酸銅溶液或乙酸鉛溶液；硝酸銀溶液的濃度為20mmol/L，硫酸銅溶液的濃度為50mmol/L,乙酸鉛溶液的濃度為50mmol/L ;預處理后的鈦合金金屬基體與金屬鹽溶液反應時間為60s，再吹干； 3)進行低表面材料修飾處理，把反應后的鈦合金金屬基體浸泡在質量分數為1%的氟硅烷無水乙醇溶液中，浸泡時間為120min ； 4)在烘箱中烘干，將修飾處理后的鈦合金金屬基體放入120°C烘箱中烘烤15min，之后取出冷卻至 室溫。
【文檔編號】C23C18/54GK104032288SQ201410254878
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月10日 優先權日:2014年6月10日
【發明者】孫玉文, 李昊宇, 高玉澤, 郭東明 申請人:大連理工大學