[发明专利]一种锌基镀层超疏水功能表面一步法制备工艺

说明书

本发明为一种锌基镀层超疏水功能表面一步法制备工艺，该工艺利用锌与金属离子之间的氧化还原反应，同时添加具有低表面能的长链脂肪酸，通过一步法在镀锌钢表面沉积具有低表面能的微纳分级结构，为超疏水表面的制备提供了必要条件。该工艺具有绿色环保、无毒，成本低廉、耗时短等特点，为超疏水功能化表面的工业化应用和大规模制备提供了技术途径。

技术领域

本发明属于金属基材表面防腐处理工艺技术领域，具体涉及一种锌基镀层超疏水功能表面一步法制备工艺。

背景技术

金属腐蚀造成的危害严重且比较普遍，金属或合金的腐蚀问题仍然是研究者关注的焦点。在钢铁表面镀锌是一种全球普遍应用的钢铁防腐技术之一，它可以同时为钢基体提供物理屏障保护和牺牲阳极保护。但是，对于长期在高温高湿、工业大气或海洋大气等苛刻环境下服役的钢铁结构件来说，即使采用镀锌防腐也难以为钢铁提供长久有效的防护。

在仿生学基础上发展起来的超疏水表面(接触角150°，滚动角小于10°)能够有效抑制腐蚀介质与金属基体的直接接触，在金属腐蚀防护领域具有潜在应用前景，是近年来金属防腐的研究热点。超疏水表面具有防腐、防覆冰、减阻、自清洁等特性，可以为基体金属提供优异的防腐蚀保护层，在苛刻的酸性和碱性环境下表现出优异的耐蚀性。因此，镀锌层表面超疏水化处理为解决镀锌层在苛刻环境下的快速腐蚀提供了一种有效的技术途径。

目前，已有相关锌基体上制备超疏水表面的相关报道，如：中国专利CN102133572A公开了一种具有减磨耐磨性能的锌基超疏水表面制备方法，但其制备工艺较为复杂，需要首先在二甲基甲酰胺溶液(40～80℃)中浸泡8～24h,然后再用脂肪酸乙醇溶液(20～60℃)浸泡8～24h，其整个制备流程所需时间达1～2天。

中国专利CN 103361656A公开了一种在金属锌上制造超疏水性表面的方法，该专利中首先将锌板浸入硝酸银溶液中浸泡5-30min,然后在200℃进行退火处理，该方法工艺复杂，且整体制备时间需较长为1～2h。

Xu等(Xu W,Liu H,Lu S,et al.Fabrication of Superhydrophobic Surfaceswith Hierarchical Structure through a Solution-Immersion Process on Copperand Galvanized Iron Substrates[J].Langmuir theAcs Journal ofSurfacesColloids,2008,24(19):10895-900.)，采用简单的一步溶液浸泡法将铜和镀锌铁基体，浸入含有水解后的1H，1H，2H，2H全氟辛基三氯硅烷的甲醇溶液中，在室温下保存3-4天，然后在空气中130℃加热1小时，获得接触角大于150°的超疏水表面，该方法使用含氟修饰物，且所需浸泡时间较长。张成等(张成.金属基超疏水表面的一步法制备及耐蚀性研究[D].大连理工大学,2013.)报道了一种金属基超疏水表面的一步法制备，其利用锌板和铜板之间的电偶沉积反应，在含有氯化铜水溶液的肉豆蔻酸乙醇溶液(35℃)中，经过24h浸泡得到超疏水薄膜，虽然通过一步法制备出超疏水表面，但制备时间较长。高锦章(高锦章,赵菊玲,郭昊,等.溶液浸泡法制备超疏水锌表面[J].西北师范大学学报(自然科学版),2012,48(3):65-68.)通过将锌板浸泡在全氟辛酸乙醇溶液中，得到接触角大于150°的超疏水表面，但使用了不利于环保、且价格昂贵的全氟辛酸。

综上，上述超疏水表面制备方法工艺复杂、步骤繁琐、制备时间较长、实用性较差、制备效率低、成本高或使用有毒或不利于环保的含氟物质，且仅限于实验室研究而无法适应工业化大面积制备，很大程度上限制了超疏水表面的进一步发展。因此，开发一种操作方便，重复性好，适合大规模制备、稳定性优良的超疏水表面十分必要。

发明内容