一种7075铝合金超滑防冰表面的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种7075铝合金超滑防冰表面的制备方法。该方法的步骤如下：(1)将7075铝合金依次用600#，1000#，1500#，2000#砂纸打磨至表面平整光滑(2)用无水乙醇，去离子水超声清洗后干燥(3)使用NaOH溶液将铝片腐蚀，去除表面氧化膜(4)以铝合金基片为阳极，铜箔为阴极，磷酸溶液为电解液，在直流电压下阳极氧化获得多孔隙微纳结构(5)将全氟辛基三氯硅烷与无水乙醇混合后，将铝片浸入其中修饰改性(6)在铝合金基片表面均匀涂覆一层润滑油，竖立静置后去除多余的润滑油，获得超滑表面。本发明专利技术中一种7075铝合金超滑防冰表面的制备方法，通过NaOH溶液化学腐蚀去除表面氧化铝薄膜并得到微米级花瓣状结构，在此基础上进一步在磷酸溶液中阳极氧化得到多孔隙微纳结构，从而能够锁住润滑油，获得耐用性强、防冰性能优异的7075铝合金超滑防冰表面。7075铝合金超滑防冰表面。7075铝合金超滑防冰表面。

【技术实现步骤摘要】
一种7075铝合金超滑防冰表面的制备方法


[0001]本专利技术属于微纳制造领域，更具体地，涉及到一种7075铝合金超滑防冰表面的制备方法。

技术介绍

[0002]7075铝合金作为航空中常用的合金材料以及工程部件材料，具有超高硬度强度和良好的机械性能。但当飞机在低温环境下工作时，往往会出现过冷水滴与机体碰撞而结冰的现象，严重时可造成飞机坠毁等巨大事故。因此提高铝合金材料的防冰能力，使飞机在寒冷气候条件下正常，安全地运行工作，减小各类工程设施在冰雪天气下的影响，是亟需解决的重大实际问题。
[0003]在铝合金上构建超疏水表面或超滑表面从而提升其防水防冰能力，是近年来研究的热点之一。主要步骤一般为先在铝合金表面制备粗糙的微纳米结构，并用低表面能物质来修饰铝合金微纳米结构从而获得超疏水表面，达到排除水滴、延迟水滴结冰的目的。目前已知在铝合金表面制备微纳米结构的方法有很多，包括水热法、激光加工、化学刻蚀和阳极氧化法等，这些工艺都可以在铝合金表面构建超疏水表面，达到疏水防冰的目的。
[0004]超疏水表面的疏水防冰机理是通过微纳米结构使水滴在其表面呈Cassie
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Baxter态,在此状态下水滴会被微结构托起，使其和材料冷表面之间隔绝一层空气，从而达到延缓结冰的效果。超滑表面的防冰机理在于通过微结构锁住润滑油，使水滴与冷表面之间存在有机润滑层，避免了与冷表面的直接接触。相对于超疏水防冰表面来说，超滑防冰表面的优势在于超疏水表面在进行循环结除冰时，脆弱的微纳结构会因冰黏附而破坏，逐渐丧失防冰能力，而超滑表面由于其表面充满了润滑油涂层，在结除冰过程中会很好地保护微纳结构，具有更好的耐用性。
[0005]目前关于防冰表面的研究也存在一些没有完善的地方，现有专利技术中涉及到铝合金超疏水表面防冰的研究较多，而关于铝合金超滑表面防冰的研究却相对较少，因此大多数铝合金防冰表面的制备还是会出现工艺复杂，耐用性较差等问题，而对于航空航天最常用的合金材料之一铝合金来说，提升飞机机翼表面材料的防冰耐用性，研究铝合金超滑防冰表面的制备工艺，使之在防冰性能上更加优异是很有现实意义的科学研究问题。
[0006]本专利技术通过NaOH溶液化学腐蚀以及以磷酸为电解液的阳极氧化处理，得到一层致密的多孔隙微纳结构，并进行修饰后得到铝合金超滑防冰表面，通过结除冰循环实验验证了其防冰能力。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种7075铝合金超滑防冰表面的制备方法，通过改变阳极氧化过程中电压及电解时间等参数，优化超滑防冰表面制备工艺，使铝合金获得在低温环境下优异的防冰性能。
[0008]本专利技术采用的技术方案如下：
[0009]一种制备7075铝合金超滑防冰表面的方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0010]S1、机械打磨：将7075铝合金基片依次用600#，1000#，1500#，2000#砂纸打磨至表面平整光滑，获得样品a；
[0011]S2、清洗干燥：将样品a依次用无水乙醇和去离子水分别超声清洗后干燥备用，获得样品b；
[0012]S3、化学腐蚀：使用NaOH溶液对样品b进行化学腐蚀，去除表面氧化层，腐蚀完成之后用去离子水超声清洗并干燥，获得样品c；
[0013]S4、阳极氧化：将样品c作为阳极、铜箔作为阴极连接直流电源，在磷酸溶液中进行阳极氧化，阳极氧化完成后在样品c表面制备一层多孔隙微纳结构，用去离子水超声清洗并干燥，获得样品d；
[0014]S5、修饰改性：将全氟辛基三氯硅烷溶液注入至乙醇溶液中配制成修饰溶液，将样品d浸入修饰溶液中进行修饰改性，降低样品表面能，之后在空气中干燥，获得样品e；
[0015]S6、涂覆润滑油：在样品e表面滴涂全氟聚醚润滑油，当润滑油全部流动覆盖整个铝合金表面之后，竖直静置样品，移除多余的润滑油，获得7075铝合金超滑防冰表面。
[0016]进一步地，步骤S2中NaOH溶液浓度为0.4mol/L～0.6mol/L，腐蚀时间为2min～10min，可获得刻蚀深度不同的花瓣状微纳结构。
[0017]进一步地，步骤S4中阳极氧化的过程中，阳极和阴极的距离为30cm～35cm，所述磷酸溶液中磷酸的浓度为0.2mol/L～0.5mol/L，直流电源的电压为40V～60V，阳极氧化时间为30min～90min。
[0018]进一步地，步骤S5中修饰溶液中全氟辛基三氯硅烷的体积分数为0.3％～1％，修饰改性时间为30min～240min。
[0019]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，由于本专利技术采用了新的制备方法和工艺参数，能够取得下列有益效果：
[0020]1.该方法制备的铝合金超滑防冰表面，表面有一层直径为40nm～200nm的多孔隙微纳结构，可以将表面的全氟聚醚润滑油通过毛细作用牢牢地吸附，形成一层具有超滑特性的油膜，相较于传统的超疏水防冰表面，本专利技术的铝合金超滑防冰表面在多次的结除冰测试后依旧保持较好的防冰特性，具有更高的耐用性，具有优异的防冰、防污性能。
[0021]2.在铝合金表面用阳极氧化方法制备的多孔隙微纳结构，跟基片紧密连接在一起，连接强度非常高，不容易脱离，纳米孔隙层的成分为三氧化二铝，硬度很高，由此构成的7075铝合金超滑防冰表面具有极好的耐磨性能。
[0022]3.该方法只需要通过简单的机械打磨、清洗干燥、化学腐蚀、阳极氧化、修饰改性和涂覆润滑油等步骤就可方便制备出超滑防冰表面，制备工艺和设备条件非常简单，成本低廉，可用于较大面积制备。
[0023]4.纳米孔隙的大小和深度可以通过调整溶液浓度、电压、阳极氧化时间等参数非常方便地进行调节，使表面的纳米孔隙在润滑油容纳能力和良好毛细吸附能力中间实现均衡，从而让该表面适用于不同的应用场合。
附图说明
[0024]构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实
施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0025]图1本专利技术铝合金超滑防冰表面制备的工艺流程图；
[0026]图2实施例3中7075铝合金经NaOH溶液腐蚀后的表面扫描电镜图；
[0027]图3铝合金阳极氧化工艺示意图，其中：1
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支撑玻璃棒，2
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铜箔，3
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磷酸溶液，4
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铝片，5
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导线；
[0028]图4实施例3中阳极氧化后铝合金的表面扫描电镜图；
[0029]图5实施例4中阳极氧化后铝合金的表面扫描电镜图；
[0030]图6不同阳极氧化工艺参数下铝合金超滑表面的防冰测试对比图，其中：由不同工艺参数命名Slippery liquid
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infused surface(SLIPS),其中SLIPS1
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电压为40V，时间为30min；SLIPS2
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电压为40V，时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种7075铝合金超滑防冰表面的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、机械打磨：将7075铝合金基片依次用600#，1000#，1500#，2000#砂纸打磨至表面平整光滑，获得样品a；S2、清洗干燥：将样品a依次用无水乙醇和去离子水分别超声清洗后干燥备用，获得样品b；S3、化学腐蚀：使用NaOH溶液对样品b进行化学腐蚀，去除表面氧化层，腐蚀完成之后用去离子水超声清洗并干燥，获得样品c；S4、阳极氧化：将样品c作为阳极、铜箔作为阴极连接直流电源，在磷酸溶液中进行阳极氧化，阳极氧化完成后在样品c表面制备一层多孔隙微纳结构，用去离子水超声清洗并干燥，获得样品d；S5、修饰改性：将全氟辛基三氯硅烷溶液注入至乙醇溶液中配制成修饰溶液，将样品d浸入修饰溶液中进行修饰改性，降低样品表面能，之后在空气中干燥，获得样品e；S6、涂覆润滑油：在样品e表面滴涂...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭先华，汪宏天，蔺永诚，陈明松，何道广，刘珂，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：