铝合金表面耐腐蚀微纳双尺度结构的一步制备方法技术

本发明专利技术涉及铝合金表面耐腐蚀微纳双尺度结构的一步制备方法，目的在于解决现有防腐技术中存在的制备工艺复杂、效率低、成本高等问题，属于金属材料表面防腐技术领域，包括以下步骤：步骤一、对铝合金板材进行表面抛光预处理；步骤二、对经预处理的铝合金板材进行数控等离子弧切割处理，在板材表面一步加工出微纳双尺度结构；步骤三、对所述微纳复合结构进行氟硅烷低表面能改性，实现铝合金板材的防腐处理。本发明专利技术采用数控等离子弧技术，一步制备铝合金表面耐腐蚀微纳双尺度结构；该工艺过程简单，加工效率高，操作方便，切削成本低，易于实现结构规模化加工，且制备表面表现出良好的耐海水腐蚀性和超疏水性。

One-step preparation of corrosion-resistant micro-nano dual-scale structure on aluminium alloy surface

The invention relates to a one-step preparation method of corrosion-resistant micro-nano dual-scale structure on aluminium alloy surface, aiming at solving the problems of complex preparation process, low efficiency and high cost existing in the existing anti-corrosion technology, belonging to the field of surface anti-corrosion technology of metal materials, including the following steps: first, surface polishing pretreatment of aluminium alloy sheets; second, pre-treated aluminium bonding. The gold sheet is processed by NC plasma arc cutting, and the micro-nano two-scale structure is fabricated on the surface of the sheet in one step. The third step is to modify the micro-nano composite structure with low surface energy of fluorosilane, so as to realize the anticorrosive treatment of the aluminum alloy sheet. The invention adopts numerical control plasma arc technology to fabricate corrosion-resistant micro-nano dual-scale structure on aluminium alloy surface in one step; the process is simple, the processing efficiency is high, the operation is convenient, the cutting cost is low, the structure is easy to realize large-scale processing, and the prepared surface shows good seawater corrosion resistance and superhydrophobicity.

【技术实现步骤摘要】
铝合金表面耐腐蚀微纳双尺度结构的一步制备方法
本专利技术属于金属材料表面防腐
，具体涉及铝合金表面耐腐蚀微纳双尺度结构的一步制备方法。
技术介绍
我国每年因金属腐蚀造成的损失约为GDP的3％-5％。铝合金作为重要的工程材料，在工业生产及人类生活中发挥不可替代的作用，其腐蚀问题尤为严重，并已成为影响工业生产及设施服役寿命、安全及可靠性的重要因素。由于环境保护法规的强烈要求，传统铝合金表面磷化、电镀重金属、机械合金化、球磨处理等涂层保护技术面临严峻挑战。受“荷叶效应”启发，超疏水表面因其独特的疏水驱离及自清洁性，为解决铝合金板材腐蚀问题提供了有效途径。现有技术中，铝合金表面超疏水微纳结构的制备方法主要有蚀刻-钝化、阳极氧化-水热处理、蚀刻-浸泡-退火、刻蚀-电沉积-退火、喷砂-碱刻蚀-沸水刻蚀等。上述技术可以较为理想地实现铝合金表面耐腐蚀微纳双尺度结构的制备，但多步处理工艺过程复杂、效率低、操作不便、成本高、周期长，且不利于实现规模化制备。因此探索简单高效的一步双尺度微纳结构制备新技术成为当前铝基工程材料防腐研究的重要方向和热点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出铝合金表面耐腐蚀微纳双尺度结构的一步制备方法，解决现有耐腐蚀微纳结构制备技术中存在的工艺复杂、效率低和成本高等问题。为实现上述目的，本专利技术的铝合金表面耐腐蚀微纳双尺度结构的一步制备方法，包括以下步骤：步骤一、预处理，对铝合金板材进行表面抛光处理，然后进行超声清洗；步骤二、对经所述步骤一预处理的铝合金板材进行数控等离子弧切割处理，然后进行超声清洗，得到处理后的铝合金试样；步骤三、后处理，对所述步骤二处理后的铝合金试样进行氟硅烷低表面能改性处理。作为本专利技术的进一步方案，所述步骤一中抛光处理采用金相自动磨抛机对铝合金板材进行抛光处理。作为本专利技术的进一步方案，所述步骤一中超声清洗是将抛光处理后的铝合金试样依次放入丙酮、无水乙醇以及去离子水中分别进行超声清洗，之后经高纯氮气吹干。作为本专利技术的进一步方案，所述步骤二中数控等离子弧切割处理是将预处理的铝合金板材定位装夹在数控等离子弧切割机床上，移动电弧至加工程序开始位置，调整切割电流、切割速度和空载电压，启动切削液及切割程序进行加工，切割完成后，输入切断程序，取下加工样品。作为本专利技术的进一步方案，所述步骤二中等离子弧切割工艺参数具体指：数控等离子弧切割电流的取值范围为30-50A，切割速度的取值范围为200-300cm/min，空载电压取值范围为180-200V。作为本专利技术的进一步方案，所述步骤二中超声清洗是将切割处理后的铝合金试样依次放入煤油、丙酮、无水乙醇以及去离子水中分别进行超声清洗，之后经高纯氮气吹干。作为本专利技术的进一步方案，所述步骤三中氟硅烷低表面能改性处理是将切割、清洗后的试样置于10-20mmol/L全氟癸基三氯硅烷的乙醇溶液中，室温下浸泡1-2h，取出后进行烘干处理。与现有技术相比，本专利技术一步制备方法具有以下有益效果：1.本专利技术的铝合金表面耐腐蚀微纳双尺度结构的一步制备方法采用数控等离子弧技术，一步制备铝合金表面微纳双尺度结构，该工艺过程简单，加工效率高，操作方便，切削成本低，易于实现结构规模化加工；2.本专利技术的铝合金表面耐腐蚀微纳双尺度结构的一步制备方法采用数控等离子弧技术，一步制备铝合金表面微纳双尺度结构，其耐海水腐蚀性明显改善，且制备表面具有良好的静态、动态超疏水效果。以下将结合附图及实施例对本专利技术做进一步详细说明。附图说明图1为本专利技术的制备方法流程图；图2为未经处理的铝合金样品表面扫描电子显微镜图；图3为经预处理后的铝合金样品表面扫描电子显微镜图；图4为经数控等离子弧切割后的铝合金样品表面扫描电子显微镜图；图5为经本专利技术方法处理前后的铝合金样品表面动电位极化曲线图；图6为经本专利技术方法处理前后的铝合金样品表面静态润湿特性图；图7为经本专利技术方法处理前后的铝合金样品表面动态润湿特性图。具体实施方式为进一步阐述本专利技术达到预定目的所采取的技术手段，以下结合附图对本专利技术的具体实施方式、结构特征及功能特性，详细说明如下。本专利技术铝合金表面耐腐蚀微纳双尺度结构的一步制备方法是基于现有技术中存在的不足而进一步研究作出的，尽管现有的技术方案可以较为理想地实现铝合金表面耐腐蚀微纳双尺度结构的制备，但是其多步处理工艺过程复杂、效率低、操作不便、成本高、周期长，而且不利于实现规模化制备。现有技术利用两步法制备出铝合金表面耐腐蚀微纳双尺度结构，其中制备过程比较复杂，为了更简单有效的制备铝合金表面耐腐蚀微纳双尺度结构，本专利技术人开始向一步制备方法构思，经过不断的实验分析发现，用数控等离子弧切割在铝合金板上切割出直线，可以同时烧蚀制备出微结构和纳结构，实现铝合金表面耐腐蚀微纳双尺度结构的制备。为了能够改进现有技术的缺陷，专利技术人通过不断调整实验参数和步骤，作出了本专利技术的更为理想的制备方法，本专利技术还通过所得到的铝合金表面微纳双尺度结构扫描电子显微镜图及耐腐蚀性能结果进行了相应的验证。实施例1：为解决现有铝合金表面耐腐蚀微纳结构制备技术中存在的工艺复杂、效率低、成本高等技术问题，下述为优选的实施例，其提供一种铝合金板材表面耐腐蚀微纳双尺度结构的一步高效制备方法，参见图1，具体包括以下步骤：步骤一、预处理，对铝合金板材进行表面抛光处理，然后进行超声清洗：1)抛光处理：采用金相自动磨抛机对铝合金板材进行抛光处理，抛光前试样表面扫描电子显微镜图如图2所示；2)丙酮超声清洗：将试样置于丙酮中进行超声清洗5-10min，以去除试样表面有机物；3)无水乙醇超声清洗：将试样置于无水乙醇中进行超声清洗5-10min，以去除试样表面油污；4)去离子水超声清洗：将试样置于去离子水中进行超声清洗5-10min，以去除试样表面的杂质，经预处理后的试样表面扫描电子显微镜图如图3所示。步骤二、对经预处理的铝合金板材进行数控等离子弧切割处理，然后进行超声清洗：1)将预处理的铝合金板定位装夹在数控等离子弧切割机床上，移动电弧至加工程序开始位置；2)编写直线路径加工程序，输入机床磁盘，设置数控等离子弧切割电流为40A，切割速度为250cm/min，空载电压为190V，启动切削液及切割程序，开始加工；3)切削完成后，移动电弧，输入切断程序，取下加工试样；4)煤油超声清洗：采用煤油超声清洗5-10min，以去除切割表面切屑和反应物；5)丙酮超声清洗：采用丙酮超声清洗5-10min，以去除切割表面有机物；6)无水乙醇超声清洗：采用无水乙醇超声清洗5-10min，以去除切割表面油污；7)去离子水超声清洗：采用去离子水超声清洗5-10min，以去除切割表面杂质，进一步经烘干后得到样品表面微纳双尺度结构扫描电子显微镜图如图4所示。步骤三、后处理，对等离子弧切割样品进行氟硅烷低表面能改性处理：1)低表面能改性：将等离子弧切割试样置入20mmol/L全氟癸基三氯硅烷的乙醇溶液中，室温下浸泡1h；2)烘干处理：样品取出后放入烘箱中，于100℃下加热处理1-2h，即完成防腐处理。经本专利技术方法处理后的铝合金试样表现出显著改善的耐腐蚀特性。动电位极化曲线是表示试样表面腐蚀电位(E)与腐蚀电流密度(I)之间关系的曲线，分析研究极化曲线是揭示样品表面腐蚀行为的重要方法。I反映本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.铝合金表面耐腐蚀微纳双尺度结构的一步制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一.预处理，对铝合金板材进行表面抛光处理，然后进行超声清洗；步骤二.对经所述步骤一预处理的铝合金板材进行数控等离子弧切割处理，然后进行超声清洗，得到处理后的铝合金试样；步骤三.后处理，对所述步骤二处理后的铝合金试样进行氟硅烷低表面能改性处理；其中：步骤二中所述数控等离子弧切割处理是，将预处理的铝合金板材定位装夹在数控等离子弧切割机床上，移动电弧至加工程序开始位置，调整切割电流、切割速度和空载电压，启动切削液及切割程序进行加工，切割完成后，输入切断程序，取下加工样品；步骤二中所述数控等离子弧切割工艺参数是，数控等离子弧切割电流是30‑50A，切割速度是200‑300cm/min，空载电压是180‑200V。

【技术特征摘要】
1.铝合金表面耐腐蚀微纳双尺度结构的一步制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一.预处理，对铝合金板材进行表面抛光处理，然后进行超声清洗；步骤二.对经所述步骤一预处理的铝合金板材进行数控等离子弧切割处理，然后进行超声清洗，得到处理后的铝合金试样；步骤三.后处理，对所述步骤二处理后的铝合金试样进行氟硅烷低表面能改性处理；其中：步骤二中所述数控等离子弧切割处理是，将预处理的铝合金板材定位装夹在数控等离子弧切割机床上，移动电弧至加工程序开始位置，调整切割电流、切割速度和空载电压，启动切削液及切割程序进行加工，切割完成后，输入切断程序，取下加工样品；步骤二中所述数控等离子弧切割工艺参数是，数控等离子弧切割电流是30-50A，切割速度是200-300cm/min，空载电压是180-200V。2.如权利要求1所述的铝合金表面耐腐蚀微纳双尺度结构的一步制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李雪伍，张林，石甜，王红星，张传伟，邵金辉，钟斌，吕源，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61