一种金属表面制造微坑阵列的方法技术

本发明专利技术提供了一种金属表面制造微坑阵列的方法，依次包括以下步骤：(1)对金属基材表面依次进行金相抛光和除油；(2)根据固液接触面积分数需要，将目标尺寸和形状的金属网贴附在金属基材表面；(3)通过高压喷枪将砂粒撞击在附有金属网的金属基材上，得微坑阵列结构；(4)对喷砂后的金属基材表面进行除油处理，然后置于清水中超声清洗，烘干。本发明专利技术的方法能够在不同金属表面制造连续可控的微结构，有效解决了现有技术中使用高污染化学刻蚀试剂、粗糙结构不易控制、机械稳定性差等问题。机械稳定性差等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种金属表面制造微坑阵列的方法


[0001]本专利技术属于高性能材料
，具体涉及一种金属表面制造微坑阵列的方法。

技术介绍

[0002]金属表面的微坑、孔洞等微结构的大面积结构制备已经在国防军工、生物医疗、能源催化以及建筑耗材等领域得到了广泛的应用。目前上述结构的主要制备方法基本上以激光掩膜电解加工、电化学刻蚀、模板沉积、车床铣削和阵列电加工等方法为主，但这些方法存在着制备成本昂贵、技术门槛高、环境污染等问题，使得金属表面的图案化较难实现。例如激光掩膜电解加工技术需要激光与电解技术同时作用，利用激光制备掩模版以及电化学阳极溶解特定区域的工件材料来得到表面微坑结构，成本高昂、加工难度高；车床铣削工艺或转印技术需要较高精度的微孔以及精密的转印图案，且难以在异形结构上得到较为精密的微孔状结构。因此，如何进一步降低成本得到微坑阵列结构成为本领域待解决的一个问题。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供一种金属表面制造微坑阵列的方法，能够在不同金属表面制造连续可控的微结构，有效解决了现有技术中使用高污染化学刻蚀试剂、粗糙结构不易控制、机械稳定性差等问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种金属表面制造微坑阵列的方法，依次包括以下步骤：
[0005](1)对金属基材表面依次进行金相抛光和除油；
[0006](2)根据固液接触面积分数需要，将目标尺寸和形状的金属网贴附在金属基材表面；
[0007](3)通过高压喷枪将砂粒撞击在附有金属网的金属基材上，得微坑阵列结构；
[0008](4)对喷砂后的金属基材表面进行除油处理，然后置于清水中超声清洗，烘干。
[0009]进一步，步骤(1)中，采用200
‑
1500目砂纸进行金相抛光，采用2
‑
6g/L氢氧化钠溶液除油。
[0010]进一步，步骤(2)中，面积分数为1
‑
7％。
[0011]进一步，步骤(3)中，砂粒材质为棕刚玉、钢砂、氧化铝、石英砂或碳化硅。
[0012]进一步，步骤(3)中，高压喷枪喷砂时间为1
‑
3min，压力为3
‑
7bar。
[0013]进一步，步骤(3)中，高压喷枪喷砂距离为10
‑
80cm，喷砂角度为30
°‑
90
°
。
[0014]进一步，步骤(4)中，在35
‑
40℃温度下烘干。
[0015]进一步，步骤(1)
‑
(3)均在室温25℃下进行。
[0016]进一步，微坑直径为20
‑
140μm，深度为5
‑
50μm。
[0017]本方法通过在不同的金属基材上面贴附不同尺寸(微米、毫米、厘米)、不同形状(正方形、长方形、菱形、梯形、圆形)的金属网格进而利用喷实际工况所需要的不同粒径、不
同形状的钢砂、氧化铝、石英砂、碳化硅等砂类材料在不同金属表面制得连续可控的微坑阵列结构，进而调控金属表面微结构的固液接触面积分数，通过向微结构中填充疏水二氧化硅、疏水聚苯乙烯微球等疏水材料，最终得到了具有自清洁效应的金属基超疏水表面。由于利用金属上面贴附的不同尺寸、不同形状的金属网状结构具有控制砂粒通过的选择性，所以可以利用其制备可控连续的微坑阵列微结构，因此本方法是一种工艺简单、环保性强、结构可控性优异、易得到具有微坑阵列结构的金属表面微结构制造方法。
[0018]综上所述，本专利技术具备以下优点：
[0019]1、本专利技术可以在不同的金属基(钛合金、不锈钢、铝合金等)表面获得连续的可控的微孔状阵列结构，相比于激光掩膜电解加工、电化学刻蚀、模板沉积、车床铣削、阵列电加工等方法来说，该方法得到的微孔状阵列结构更加均匀连续，且可以通过调控附着在金属基材表面的金属网的尺寸与形状，来得到相较于其他方法更优异的结构可控的金属基表面微结构的制备方法。本方法相比于激光掩膜电解加工、电化学刻蚀、图案转印等方法来说，是一种工艺简单、重现性好、环境友好、相对精度较高的得到可控连续的微坑阵列结构的方法。在铠甲化超疏水表面、防水防冰表面等领域有望得到广泛应用。
[0020]2、本专利技术可以在不同的金属基材表面制备出连续可控的微孔状阵列结构，且表面不同尺寸不同形状的金属网制造技术成熟、成本低，同时可伴随着实际工程应用来调控金属表面微结构的面积分数，有望在光学、生物学等领域得到应用。此外这种微孔阵列结构在超疏水领域可以有效的保护内部的疏水粒子免受大于孔洞直径尺寸的物体直接接触或破坏内部疏水性纳米材料，实现耐刮擦以及耐胶带撕拉功能，具有优异的机械稳定性，可以应用于流体减阻、防覆冰、自清洁、疏沥青等领域。这种可控的得到微孔阵列结构的制备方法成本较低，容易应用于不同金属(钛合金、不锈钢、铝合金等)表面，无需昂贵的设备，工艺简单操作方便，适合工业化大面积大规模生产的需求。
附图说明
[0021]图1为金属表面制造微坑阵列的示意图；
[0022]图2为实施例1所得微坑阵列表面形貌；
[0023]图3为实施例1制备的金属基表面的接触角测试示意图(163
°
)；
[0024]图4为实施例1刚性摩擦测试后的接触角测试示意图(158
°
)。
具体实施方式
[0025]实施例1
[0026]一种金属表面制造微坑阵列的方法，依次包括以下步骤：
[0027](1)尺寸为3cm
×
3cm
×
0.5mm的钛合金样品先利用200目和1500目的砂纸打磨，然后置于6g/L的NaOH溶液浸泡30min进行除油处理，再分别利用去离子水、丙酮和乙醇将表面的油污、杂质等冲洗干净，最后在40℃温度下烘干；
[0028](2)取面积分数为7％的5μm金属网利用铜基滚筒较为均匀的压在钛合金表面，并利用AB涂胶将钛合金的四周与金属网格四周粘附在一起；
[0029](3)通过高压喷枪将500nm棕刚玉砂粒撞击在附有金属网的金属基材上，倾斜角度为30
°
，工作压力为3bar，喷砂时间为3min，得微坑阵列结构；
[0030](4)将喷砂处理后的钛合金基材连同金属网迅速分别置于去离子水、丙酮、乙醇溶液中进行超声清洗，清洗时间为5min，在40℃温度下烘干。
[0031]实施例2
[0032]一种金属表面制造微坑阵列的方法，依次包括以下步骤：
[0033](1)尺寸为2cm
×
2cm
×
1mm的不锈钢样品先利用200目和800目的砂纸打磨，然后置于6g/L的NaOH溶液浸泡40min进行除油处理，再分别利用去离子水、丙酮和乙醇将表面的油污、杂质等冲洗干净，最后在50℃温度下烘干；
[0034](2)取面积分数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属表面制造微坑阵列的方法，其特征在于，依次包括以下步骤：(1)对金属基材表面依次进行金相抛光和除油；(2)根据固液接触面积分数需要，将目标尺寸和形状的金属网贴附在金属基材表面；(3)通过高压喷枪将砂粒撞击在附有金属网的金属基材上，得微坑阵列结构；(4)对喷砂后的金属基材表面进行除油处理，然后置于清水中超声清洗，烘干。2.如权利要求1所述的金属表面制造微坑阵列的方法，其特征在于，步骤(1)中，采用200
‑
1500目砂纸进行金相抛光，采用2
‑
6g/L氢氧化钠溶液除油。3.如权利要求1所述的金属表面制造微坑阵列的方法，其特征在于，步骤(2)中，面积分数为1
‑
7％。4.如权利要求1所述的金属表面制造微坑阵列的方法，其特征在于，步骤(3)中，砂粒材质为棕刚玉、钢砂、氧化铝、石英砂或碳化硅。5.如权利要求1所述的金属表面制...

【专利技术属性】
技术研发人员：王德辉，金先淳，邓旭，周昱，
申请(专利权)人：重庆前沿新材料技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：