一种钛表面超疏水复合涂层及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种钛表面超疏水复合涂层及其制备方法，所述制备方法包括：对钛试样表面进行预处理；配置适于构建微纳米阵列乳突结构的基础电解液；在所述基础电解液内加入低表面能有机乳液，分散均匀形成微弧诱导/热压场辅助等离子体氧化电解液；将预处理后的钛试样置于所述微弧诱导/热压场辅助等离子体氧化电解液中，以不锈钢板或不锈钢池为阴极、所述预处理后的钛试样为阳极，进行微弧诱导/热压场辅助等离子体氧化，在所述预处理后的钛试样表面形成钛表面超疏水复合涂层。本发明专利技术通过一步法在钛表面构建出超疏水“荷叶”形貌，操作过程安全、高效、易操作，且不含任何有毒的有机溶剂或副产品，适于推广。

【技术实现步骤摘要】
一种钛表面超疏水复合涂层及其制备方法
本专利技术涉及钛表面改性领域，具体而言，涉及一种钛表面超疏水复合涂层及其制备方法。
技术介绍
钛及钛合金具有比强度高、耐热性好、耐腐蚀好等优良特性；而超疏水表面具有自清洁、减阻减摩、防结霜、抑制表面腐蚀等特点。因此，提高钛或钛合金表面的疏水性，对航空航天、舰船、兵器等工业发展有着极其重要的意义。而现有的通过金属表面改性制备超疏水涂层的主要方法有：自组装、激光、化学转化、阳极氧化复合、电沉积、溶胶凝胶、PVD、CVD等，但上述方法存在各自的不足：比如涂层生长效率低、厚度有限或污染环境或工艺复杂、设备昂贵或温度控制严格、易破坏基体、成品率低等。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是如何提供一种安全、高效、环保、易操作、可设计性强的在钛表面制备超疏水多层复合涂层的方法。为解决上述问题，本专利技术提供一种钛表面超疏水复合涂层的制备方法，包括：对钛试样表面进行预处理；配置适于构建微纳米阵列乳突结构的基础电解液；在所述基础电解液内加入低表面能有机乳液，分散均匀形成微弧诱导/热压场辅助等离子体氧化电解液；将预处理后的钛试样置于所述微弧诱导/热压场辅助等离子体氧化电解液中，以不锈钢板或不锈钢池为阴极、所述预处理后的钛试样为阳极，进行微弧诱导/热压场辅助等离子体氧化，在所述预处理后的钛试样表面形成钛表面超疏水复合涂层。可选地，所述基础电解液包括水合硅酸钠、偏磷酸钠和氢氧化钠，溶剂为水，所述硅酸钠、所述偏磷酸钠和所述氢氧化钠的浓度比为(6-10):(2-3):1。可选地，所述微弧诱导/热压场辅助等离子体氧化的参数包括：电解液温度为70-90℃、脉冲电压为600-1200V、电流密度为80000-15000A/m2以及微弧诱导/热压场辅助等离子体氧化时间为10-60min。可选地，所述低表面能有机乳液包括氟碳树脂、有机硅树脂、氟硅树脂、聚四氟乙烯和含甲基硅氧烷中的一种或多种。可选地，所述微弧诱导/热压场辅助等离子体氧化电解液中所述低表面能有机乳液的体积份数为10％-60％。可选地，所述对钛试样表面进行预处理包括：将所述钛试样的表面依次用800#、1000#、1200#和1500#砂纸抛光，然后分别用丙酮、去离子水进行超声清洗。可选地，所述钛试样包括TA2、TA3、TA4、TC4或Ti2448钛合金中的一种。相对于现有技术，本专利技术提供的钛表面超疏水复合涂层的制备方法具有以下优势：(1)本专利技术通过优化基础电解液，调控具有微纳米阵列乳突结构的陶瓷层，并通过在基础电解液中添加低表面能有机乳液，在脉冲放电和微弧放电的冲击局部电场内，实现高温效应和实质性的压力梯度，从而使得低表面能有机纳米粒子以具有微纳米阵列乳突结构的陶瓷层为骨架，以爬行生长的方式，形成多尺度分层微纳乳突结构；这样通过一步法在钛试样表面构建出超疏水“荷叶”形貌的制备方法，操作过程安全、高效、易操作，且不含任何有毒的有机溶剂或副产品，适于推广。(2)本专利技术制备的钛表面超疏水复合涂层具有超疏水、强耐磨、高耐蚀、耐高温、高绝缘等性能，在交变或冲击载荷大、高温服役、化学腐蚀严重的高科技设备领域具有潜在的应用前景。本专利技术另一目的在于提供一种钛表面超疏水复合涂层，以解决现有金属超疏水涂层不环保、设计性不强的问题。为达到上述目的，本专利技术的技术方案时这样实现的：一种钛表面超疏水复合涂层，根据上述所述的钛表面超疏水复合涂层的制备方法制得，所述钛表面超疏水复合涂层包括具有微纳米阵列乳突结构的钛基陶瓷层和有机纳米层，所述有机纳米层覆盖在所述钛基陶瓷层表面。优选地，所述钛表面超疏水复合涂层的厚度为50-200μm。优选地，所述钛表面超疏水复合涂层对水的接触角为155°-160°。所述钛表面超疏水复合涂层与上述钛表面超疏水复合涂层的制备方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。附图说明图1为本专利技术实施例所述的钛表面超疏水复合涂层的制备流程图；图2为本专利技术实施例所述的基础电解液下，钛表面具有微纳米阵列乳突结构陶瓷层的表面的SEM图谱；图3为本专利技术实施例所述的钛表面超疏水复合涂层的表面的SEM图谱之一；图4为本专利技术实施例所述的钛表面超疏水复合涂层的表面的SEM图谱之二；图5为本专利技术实施例所述的钛表面超疏水复合涂层的截面的SEM图谱；图6为本专利技术实施例所述的钛表面超疏水复合涂层的接触角实物图和静态接触角示意图；图7为本专利技术实施例所述的复杂形状表面制备的钛表面超疏水复合涂层对水的接触角实物示意图；图8为在微弧诱导/热压场辅助等离子体氧化电解液和基础电解液中，钛表面涂层生长的氧化时间-电流密度关系的对比图谱；图9为本专利技术实施例所述的钛表面超疏水复合涂层在不同氧化时间的表面SEM图谱。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。另外，术语“包含”、“包括”、“含有”、“具有”的含义是非限制性的，即可加入不影响结果的其它步骤和其它成分。如无特殊说明的，材料、设备、试剂均为市售。此外，本专利技术虽然对制备中的各步骤进行了如S1、S2、S3等形式的描述，但此描述方式仅为了便于理解，如S1、S2、S3等形式并不表示对各步骤先后顺序的限定。浸润性是固体表面的重要性质之一，表面浸润性能是由表面的化学性质及其微观形貌共同决定的，一般来说，接触角随着表面能的降低和粗糙度的增加而增加。具有超疏水功能的粗糙表面要求粗糙度的尺寸在微米到纳米量级，如自然界中具有良好超疏水性质的荷叶的表面就是由微米结构的乳突组成的。所谓超疏水表面多是指与水的接触角大于150°的表面，具有超疏水表面性质的材料叫超疏水材料。具有疏水或超疏水性能的材料可以实现自清洁、防指纹、防雾、防结冰、水中减阻、耐腐蚀等多种性能，但是目前疏水或超疏水性能的实现却比较复杂，一般通过多个步骤，如先要制作微/纳米结构，然后再通过涂覆低表面能的材料来实现，同时，超疏水表面的制备技术还存在许多问题，如工艺复杂、成本高、厚度有限等。为解决上述问题，本专利技术提供了一种钛表面超疏水复合涂层及其制备方法，通过采用微弧诱导/热压场辅助等离子体氧化技术，在钛合金表面利用微纳分层结构结合“CF-拉链”策略，在高电压和大电流下，一步法调控出具有多尺度微纳乳突陶瓷结构，并使低表面能有机乳液能沉积生长在陶瓷结构表面，从而获得具有超疏水、强耐磨、高耐蚀、耐高温、高绝缘等多方面鲁棒性的有机无机复合涂层。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。结合图1所示，本专利技术提供了一种钛表面超疏水复合涂层的制备方法，包括：S1、对钛试样表面进行预处理；S2、配置适于构建微纳米阵列乳突结构的基础电解液；S3、在基础电解液内加入低表面能有机乳液，分散均匀形成微弧诱导/热压场辅助等离子体氧化电解液；...

【技术保护点】
1.一种钛表面超疏水复合涂层的制备方法，其特征在于，包括：/n对钛试样表面进行预处理；/n配置适于构建微纳米阵列乳突结构的基础电解液；/n在所述基础电解液内加入低表面能有机乳液，分散均匀形成微弧诱导/热压场辅助等离子体氧化电解液；/n将预处理后的钛试样置于所述微弧诱导/热压场辅助等离子体氧化电解液中，以不锈钢板或不锈钢池为阴极、所述预处理后的钛试样为阳极，进行微弧诱导/热压场辅助等离子体氧化，在所述预处理后的钛试样表面形成钛表面超疏水复合涂层。/n

【技术特征摘要】
1.一种钛表面超疏水复合涂层的制备方法，其特征在于，包括：
对钛试样表面进行预处理；
配置适于构建微纳米阵列乳突结构的基础电解液；
在所述基础电解液内加入低表面能有机乳液，分散均匀形成微弧诱导/热压场辅助等离子体氧化电解液；
将预处理后的钛试样置于所述微弧诱导/热压场辅助等离子体氧化电解液中，以不锈钢板或不锈钢池为阴极、所述预处理后的钛试样为阳极，进行微弧诱导/热压场辅助等离子体氧化，在所述预处理后的钛试样表面形成钛表面超疏水复合涂层。


2.根据权利要求1所述的钛表面超疏水复合涂层的制备方法，其特征在于，所述基础电解液包括水合硅酸钠、偏磷酸钠和氢氧化钠，溶剂为水，所述硅酸钠、所述偏磷酸钠和所述氢氧化钠的浓度比为(6-10):(2-3):1。


3.根据权利要求1所述的钛表面超疏水复合涂层的制备方法，其特征在于，所述微弧诱导/热压场辅助等离子体氧化的参数包括：电解液温度为70-90℃、脉冲电压为600-1200V、电流密度为80000-15000A/m2以及反应时间为10-60min。


4.根据权利要求1所述的钛表面超疏水复合涂层的制备方法，其特征在于，所述低表面能有机乳液包括氟碳树脂、有机硅树脂、氟硅树脂、聚四氟乙烯和含甲基硅氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亚明，王树棋，邹永纯，贾德昌，周玉，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23