[发明专利]一种金属钛表面超疏水薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属表面处理领域，特别涉及一种金属钛表面超疏水薄膜的制备方法。

背景技术

金属钛比强度高、稳定性好，具有良好的生物相容性，在航天航空、船舶、海洋工程、生物医学等领域均有重要应用，随着研究的深入，其应用也逐渐推广到化工工业及日用品工业等领域。

超疏水是一种特殊的表面浸润性，指的是固体表面与水滴的静态接触角大于150°，滚动角小于10°的性质。基于这种特性，超疏水表面具有自清洁、防腐蚀、防结冰、减摩减阻等功能。制备超疏水钛表面具有重要的应用价值，如应用于医用钛上可以降低血小板粘附并抑制其活化，提高血液相容性；应用于航空航天、船舶中可以减小航行阻力，提高航行速度等。特别的，钛在某些腐蚀性环境下，如与含氟化合物溶液接触，其耐腐蚀性能迅速下降，制备具有超疏酸、超疏碱功能的超疏水钛，无疑可为钛金属在日用制品、化工工业、海洋工程中的防腐蚀提供有效的途经，并扩大其应用领域，如腐蚀性溶液的无损运输等。

通常，超疏水表面制备可由构造微纳米粗糙结构和修饰低表面自由能物质来实现。近年来，科研工作者利用多种途经制备了不同的超疏水表面，而到目前为止，关于超疏水钛表面的制备还较少。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种金属钛表面超疏水薄膜的制备方法；本发明的目的在于提供一种低成本、简便、安全、环保的方法，用于实现大面积或复杂形状的超疏水钛表面的制备，该方法制备的超疏水钛表面不仅性能稳定，而且同时具备超疏水、超疏酸和超疏碱的功能。

本发明采用如下技术方案：

一种金属钛表面超疏水薄膜的制备方法，包括如下步骤：

步骤一将金属钛表面用金相砂纸打磨平整，依次用蒸馏水、丙酮、乙醇超声清洗后晾干；

步骤二将晾干后的金属钛置于温度900℃—1100℃的热处理炉中，加热15min—12h进行热氧化；热氧化结束后在空气中进行冷却，待冷却至室温，去除钛表面自发脱落的TiO₂薄层，然后经蒸馏水超声清洗，除去钛表面残余氧化物，得到具有微纳米粗糙结构的钛表面，所述残余氧化物是未自发脱落的TiO₂薄层；

步骤三具有微纳米粗糙结构的钛表面浸泡于低表面自由能化学修饰剂溶液中1-12h，取出后在温度100℃-200℃干燥0.5-1h，得到超疏水薄膜。

所述步骤一中，金属钛厚度≥0.5mm。

所述步骤二中，金属钛在900℃的热处理炉中加热3h-12h进行热氧化。

所述步骤二中，金属钛在1000℃的热处理炉中加热1h-2h进行热氧化。

所述步骤二中，金属钛在1100℃的热处理炉中加热15min-1h进行热氧化。

所述步骤三中，低表面自由能化学修饰剂采用十八烷基三氯硅烷或全氟辛基三氯硅烷。

将纯水、正己烷滴到步骤二所得具有微纳米粗糙结构的钛表面，接触角为0°，呈现超双亲性。

将纯水、酸、碱滴到步骤三所制备的钛表面进行接触角测定，接触角均大于150°，滚动角小于10°；所用的酸为盐酸，所用碱为氢氧化钠，所用纯水、酸、碱的混合溶液pH值为1-14；在上述酸、碱溶液中浸泡一个月，钛表面未遭破坏，仍然保持良好的超疏性能；浸泡于pH值为1的氢氟酸溶液（对钛具有强腐蚀性）中，钛表面形成一层类似镜面的空气膜，完全不反应。

本发明的有益效果：

1、制备工艺简单，设备易得，容易操作，以金属钛为基底，只需经过热处理得到具有超双亲性质和微纳米粗糙结构的钛金属表面，再经过化学修饰可得到超疏水薄膜；

2、实现大面积或复杂形状超疏水表面的制备；

3、本发明在金属钛表面制备得到超疏水薄膜具有良好的耐热和耐酸碱腐蚀性，经低表面自由能化学物质修饰后，对纯水、酸、碱液滴的接触角均大于150°，同时具有超疏水、超疏酸和超疏碱的特性，可有效抵抗氢氟酸等对钛具有强腐蚀性的溶液的破坏。

附图说明

图1为本发明具体实施例1获得的超双亲表面示意图；

图2为本发明具体实施例1获得的金属钛表面超疏水薄膜扫描电镜图；

图3为本发明具体实施例1获得的金属钛表面超疏水薄膜与水的接触角图；

图4为本发明具体实施例1获得的金属钛表面超疏水薄膜浸泡在pH值为1的氢氟酸溶液中形成镜面状空气膜图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1