一种梯度超疏水铝合金表面及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种梯度超疏水铝合金表面及其制备方法。本发明专利技术的制备方法通过铝合金表面非均匀氧化加工及疏水改性处理，得到疏水性能梯度变化的梯度超疏水铝合金表面。本发明专利技术的梯度超疏水铝合金表面的制备方法，采用设备及工艺流程简单，能够快速制备疏水性能梯度变化的金属表面，可用于不同系列铝合金表面处理；能够在水平或超低倾斜角度下，通过表面疏水性能的差异实现水滴定向迁移及排除，疏水界面无破坏，对板材耐蚀性能无影响。本发明专利技术的制备方法，适用于多种金属及合金材料的自排水表面加工。工。工。

【技术实现步骤摘要】
一种梯度超疏水铝合金表面及其制备方法


[0001]本专利技术属于金属材料表面改性
，涉及一种梯度超疏水铝合金表面及其制备方法。

技术介绍

[0002]新型材料制备及应用研究在化工、电子、航空、新能源等领域展现出巨大作用，铝合金材料因为其优异的理化性能、高强度及易加工特性，在建材、电子设备、航空材料、新能源等领域展现出巨大作用。其中，超疏水改性能够赋予铝合金材料更加优异的耐蚀性能、特殊的防污排污性能。
[0003]水滴在金属表面的定向迁移是超疏水表面功能的重要应用，一般以超疏水界面为基础，通过物理划线、化学掩膜刻蚀、光刻处理等方式加工出较细微的润湿线路。当板材倾斜一定角度时，能够实现水滴沿润湿线路自行流动的目的。
[0004]常用的铝合金表面超疏水处理方法包括增加无机、有机疏水层，或经刻蚀后修饰疏水结构的方式。这些研究及报道主要集中在新型加工方法、加工方案的开发，或者制备更高疏水性能的表面。
[0005]在水滴迁移方面，CN103966654A公开了一种在铝合金基底上实现水滴定向运输的方法，该方法通过在铝合金超疏水表面进行特殊的光刻处理，得到具有特定形状的水滴定向滚动轨迹。该方法具体步骤包括光整铝合金基底，电化学刻蚀处理，超亲水表面氟化处理，超疏水表面处理，对覆胶基底进行特殊的光刻处理，制备特定形状的水滴定向滚动轨迹。该方法采用的方法是在疏水表面通过激光蚀刻加工出润湿的路径，从而改变水滴滑落轨迹的方法。
[0006]但是，现有技术公开的技术方案中，铝合金表面实现排水排污、或水滴定向传输都需要水滴从高处向低处运动，对于水平表面水滴迁移的应用未见报道。
[0007]因此，很有必要开发一种梯度超疏水铝合金表面，可以实现铝合金表面疏水性能呈现梯度变化，从而实现水滴由疏水性能更高区域自发向疏水性稍低的区域自动迁移。

技术实现思路

[0008]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种梯度超疏水铝合金表面制备方法，实现水滴在水平表面上的自发运动，所要解决的技术问题在于实现铝合金表面疏水性能呈现梯度变化，从而实现水滴由疏水性能更高区域自发向疏水性稍低的区域自动迁移。
[0009]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]本专利技术的目的之一在于提供一种梯度超疏水铝合金表面的制备方法，通过铝合金表面非均匀氧化加工及疏水改性处理，得到疏水性能梯度变化的梯度超疏水铝合金表面。
[0011]本专利技术的制备方法，通过铝合金表面清洁前处理；梯度电场下表面氧化，制备氧化度及微观形貌渐变的表面；用化学或电化学方法进行表面疏水改性；其中，梯度氧化层的制备利用阳极板氧化池中阴、阳极板的非对称布置，在铝合金阳极板表面中产生梯度电势差
值，从而实现在同一表面上不同氧化度的加工，再经过疏水改性实现梯度超疏水铝合金表面制备；其中，梯度超疏水铝合金表面的润湿角在140
°
至170
°
依次变化，梯度超疏水铝合金表面的整体呈超疏水状态，其近阴极板端润湿角较大，远阴极板端润湿角较小；将小水滴置于水平放置的铝合金表面，水滴自发从近阴极板端向远阴极板端运动，直至从边缘滑落。本专利技术的方法适用于多种系列铝合金材料加工处理，便于规模化生产应用。
[0012]具体的，所述梯度超疏水铝合金表面的制备方法包括如下步骤：
[0013]S1、铝合金表面清洁前处理：
[0014]经物理抛光、除油、化学抛光、清洗，得到平整光洁的铝合金基底材料；
[0015]S2、梯度电场下表面氧化处理：
[0016]将清洁后的铝合金基底材料作为阳极板，与阴极板板呈非平行布置，或将阴阳极板置于特定梯形电解槽中；电极通电后阳极板的近阴极板端与远阴极板端处于不同的电势强度下，利用电势差异制备得到氧化度渐变的表面；
[0017]S3、表面疏水改性：
[0018]经S2步骤制备的铝合金表面呈现超亲水特性，采用低表面能物质修饰的方法进行疏水改性。
[0019]步骤S2中，所述铝合金阳极板与阴极板的夹角大于60
°
，采用夹具固定或置于特定梯形电解槽中进行电解加工，控制电压范围20V～100V，例如为20V、30V、40V、50V、60V、70V、80V、90V、100V等。
[0020]本专利技术中，所述特定梯形电解槽由有机玻璃制备而成，所述特定梯形电解槽的结构为等腰梯形、直角梯形或不规则梯形结构，所述特定梯形电解槽的阴、阳两极布置在梯形两腰位置。
[0021]本专利技术中，电解时使用直流电源，以铅板为阴极板，在酸性或中性电解液中氧化加工。
[0022]优选地，氧化用电解液由氯化钠、氯化钾、磷酸、硫酸、草酸中的一种或多种组成，浓度范围0.1mol/L～1mol/L，例如为0.1mol/L、0.2mol/L、0.3mol/L、0.4mol/L、0.5mol/L、0.6mol/L、0.7mol/L、0.8mol/L、0.9mol/L、1mol/L等。
[0023]经过氧化处理步骤S2之后，铝合金表面的近阴极板端与远阴极板端呈现不同的氧化度特征，表面微观形貌出现差异性。
[0024]进一步的，所述表面疏水改性S3步骤中，化学浸渍或电化学修饰方法得到的疏水修饰层均匀附着，铝合金表面的疏水性能梯度变化源于表面微观结构的差异；
[0025]其中化学浸渍或电化学修饰在低浓度氟硅烷、脂肪酸或烷基硫醇的乙醇溶液中进行，属于分子层面加工修饰，铝合金表面氧化结构层不发生显著变化。
[0026]进一步的，经过该工艺处理后，铝合金表面整体呈超疏水状态，其近阴极板端润湿角较大，远阴极板端润湿角较小，润湿角在120
°
至170
°
依次变化；
[0027]所述加工后铝合金表面为非均匀疏水性表面，将小水滴置于水平放置的铝合金表面，水滴自发从近阴极板端向远阴极板端运动，直至从边缘滑落。
[0028]本专利技术的目的之二在于提供一种采用目的之一所述的制备方法制备得到的梯度超疏水铝合金表面。
[0029]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0030]本专利技术的梯度超疏水铝合金表面的制备方法，采用设备及工艺流程简单，能够快速制备疏水性能梯度变化的金属表面，可用于不同系列铝合金表面处理；能够在水平或超低倾斜角度下，通过表面疏水性能的差异实现水滴定向迁移及排除，疏水界面无破坏，对板材耐蚀性能无影响。本专利技术的制备方法，适用于多种金属及合金材料的自排水表面加工。
附图说明
[0031]图1为本专利技术所用的电化学氧化用梯形电解槽示意图；
[0032]图2为本专利技术加工的铝合金表面的结构示意图；
[0033]图3为本专利技术实施例2采用的双面同步氧化电解池示意图；
[0034]附图标记如下：
[0035]1‑
铝合金阳极板；2
‑
阴极板；3
‑
氧化电解液；4
‑
电解池；5
‑<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种梯度超疏水铝合金表面的制备方法，其特征在于，通过铝合金表面非均匀氧化加工及疏水改性处理，得到疏水性能梯度变化的梯度超疏水铝合金表面。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述梯度超疏水铝合金表面的润湿角在140
°
至170
°
依次变化，所述梯度超疏水铝合金表面的整体呈超疏水状态，其近阴极板端润湿角较大，远阴极板端润湿角较小。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：S1、铝合金表面清洁前处理：经物理抛光、除油、化学抛光、清洗，得到平整光洁的铝合金基底材料；S2、梯度电场下表面氧化处理：将清洁后的铝合金基底材料作为阳极板，与阴极板板呈非平行布置，或将阴阳极板置于特定梯形电解槽中；电极通电后阳极板的近阴极板端与远阴极板端处于不同的电势强度下，利用电势差异制备得到氧化度渐变的表面；S3、表面疏水改性：经S2步骤制备的铝合金表面呈现超亲水特性，采用低表面能物质修饰的方法进行疏水改性。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述铝合金阳极板与阴...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鸿，谢大成，殷石见，
申请(专利权)人：日达智造科技如皋有限公司，
类型：发明
国别省市：