[发明专利]一种金属超疏水表面及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及在不同形状金属基材表面获得超疏水表面的方法，所获得的超疏水表面不仅具有非常好的超疏水和自清洁功能，而且具有优异的耐磨和防腐蚀功能。

背景技术

超疏水表面是指与水接触角大于150°的表面。由于超疏水表面具有特殊的润湿特性，使其在防水、防雾、防污、防结冰、工业装置和建筑物的自清洁、高压电气设备的自清洁与防闪络、生物医学和仿生材料应用、管道防水与抗腐蚀、流体减阻节能、电力输送塔架和电缆在冬季防冰雪等许多方面都有潜在应用前景。当水滴在超疏水表面的滚动角小于10°时，该超疏水表面还具有自清洁功能，具有自清洁功能的超疏水表面可以在液滴滚动的过程中吸附污染物并将其带离表面，从而达到清洁的目的。

通常情况下，纯金属表面为亲水性，在金属基体表面制备具有超疏水功能的表面引起了广大研究者的关注。目前，化学刻蚀、热喷涂、气相沉积和电镀等方法可用于在金属基体表面制备具有超疏水功能的表面。申请号为201110152051.2公开了一种电镀法制备超疏水钴镀层的方法，所用的电镀液以氯化胆碱离子液体作为溶剂，以NiCl₂或NiCl₂·6H₂O为溶质，在一定温度和电镀电压下，电镀制备了超疏水钴镀层。申请号为201210114736.2公开了一种具有超疏水镀层的镁合金制备方法，首先在镁合金上制备二元微纳米粗糙结构，再经低表面能的长直链烷酸修饰后获得超疏水性能。申请号为201210483659.8公开了一种金属表面超疏水铝表面制备方法，在活性金属基磁控溅射铝镀层表面构建微纳复合结构，然后在十四酸中浸泡一段时间，获得超疏水铝表面。遗憾的是，这些公开专利并未涉及所获超疏水表面的耐摩擦性能。过去的超疏水表面制备方法，制备的超疏水表面耐摩擦性能较弱，而耐摩擦性能弱的超疏水表面很难在实际的工业上具有应用价值。

本发明采用简单电镀和热处理方法，可在复杂形状的铝、铜和不锈钢等导电金属表面制备具有接触角大于155°，滚动角小于10°的超疏水自清洁表面，该表面具有很好的耐腐蚀和耐摩擦性，说明本发明制备的超疏水表面与金属基材具有非常高的结合力。

发明内容

本发明专利提供了一种超疏水表面及其制备方法，采用简单电镀和热处理方法，可在复杂形状的金属表面制备具有接触角大于155°，滚动角小于10°的超疏水自清洁表面，该表面还具有优异的耐腐蚀和耐摩擦性能。本发明的超疏水表面制备方法简单，便于工业化，成本低廉，在电气行业、船舶和汽车行业及建筑行业具有广泛的应用价值。

本发明的目的通过下列技术方案实现的：一种超疏水表面及其制备方法，包括下列步骤：

1）工件表面电镀镍镀层：将工件表面用砂纸打磨、洗净和吹干，作为阴极，以铜片作为阳极，于基础镀液中，电镀制备镍镀层，得到电镀后的工件；

2）热处理改性：将电镀后的工件与含有氟硅烷的乙醇溶液放入加热炉中，热处理后洗净吹干，得到金属超疏水表面。

优先地，步骤1）中所述工件包括不锈钢、铜、铝合金或镁铝合金；所述工件为导电金属。

优先地，在步骤1）中所述砂纸打磨是将工件用400目和800目砂纸打磨，所述洗净是用纯净水洗净。

优先地，步骤1）中所述基础电镀液为Watts电镀液，其组分包括硫酸镍 320 g∙l^-1，六水合氯化镍 50 g∙l^-1和硼酸45 g∙l^-1。

优先地，步骤1)中所述电镀中电镀温度为20-80℃，电流密度为0.1~0.5 A∙cm^-2，电镀时间为30-120 min。

优先地，所述氟硅烷包括十七氟癸基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷或十三氟辛基三乙氧基硅烷的一种以上。

优先地，所述氟硅烷的乙醇溶液中氟硅烷体积百分含量为0.5%-10 %。

优先地，所述热处理的热处理温度为100-200℃，热处理时间为10-120 min。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、本发明的制备方法可在所有复杂形状的导电金属材料表面制备超疏水表面。

2、本发明制备方法不需要复杂的加工设备，制备过程简单，具有很好的应用价值。

3、本发明电镀所用电镀液成分简单，市场可售，对环境友好。电镀工艺简单可控，不含腐蚀性物质，电镀过程无蒸汽排放。

4、本发明热处理方法简单，所用化学试剂成分简单，成本低廉。