[发明专利]超疏水碳钢及其制备方法

说明书

本发明涉及超疏水材料领域，公开了一种超疏水碳钢及其制备方法。碳钢基材的表面存在原位生长的纳米片结构，所述纳米片结构表面修饰有低表面能物质。该制备方法工艺简单、经济，在一定程度上解决了超疏水材料制备条件苛刻、成本高、步骤复杂繁琐的问题，且所制备的超疏水碳钢具有超疏水性，适用范围广，可以应用到防腐、防冰、减阻等领域。

技术领域

本发明涉及超疏水材料领域，具体涉及一种超疏水碳钢及其制备方法。

背景技术

超疏水涂层是一种具有特殊表面性质的新型材料，在自清洁、防腐、防冰、防雾、防雪、减阻等方面具有巨大的应用前景。目前制备超疏水表面主要有两种途径：在材料表面构建粗糙结构并进行低表面能修饰，或者直接在低表面能材料的表面构建粗糙结构。由于在低表面能材料的表面构建粗糙结构在一定程度上会限制超疏水表面的应用范围，所以一般采用第一种途径来制备超疏水表面。

制备超疏水表面微观结构的方法很多，但是一般需要复杂繁琐的工艺，且制备条件较为苛刻，成本较高，很难大规模制备应用。比如，CN108977801A中公开了一种高抗水耐蚀的三维纳米结构钢板膜的制备方法，其工艺繁琐，制备条件较为苛刻；成本较高，很难大规模制备应用。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的制备超疏水钢板过程中工艺繁琐、制备条件苛刻以及成本较高的问题，提供一种超疏水碳钢及其制备方法，该方法工艺简单，成本低廉，且制备得到的超疏水碳钢疏水效果好。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种超疏水碳钢，所述超疏水碳钢包括碳钢基材以及原位生长在碳钢基材表面的纳米片层，并且所述纳米片层表面修饰有低表面能物质。

本发明第二方面提供一种超疏水碳钢的制备方法，该方法包括：该方法包括：对碳钢基材依次进行预处理、纳米片结构的原位生长和低表面能处理，得到超疏水碳钢。

本发明第三方面提供根据如上所述的方法制备得到的超疏水碳钢。

本发明所用的材料价格低、操作简单、方便，较复杂的水热法等传统的制备方法，其制备工艺具有绝对的优势。且本发明的适用性广，适用于各类碳钢的腐蚀与防护。制备过程安全无毒，经济可靠。

本发明中，纳米片以碳钢作为基底，通过原位生长在碳钢基底表面上形成一层均匀致密的纳米片层，该纳米片层具有优异的超疏水性能。

且本发明所制备的纳米片结构，经过低表面能处理后，表现出优异的超疏水性能，可以减少水与碳钢表面的接触面积，在一定程度上减缓腐蚀速率，延长钢材的使用寿命，可以减少因腐蚀带来的经济损失，同时在自清洁、防冰、防雾、防雪、减阻等方面具有潜在的工业化应用前景。

附图说明

图1为本发明制备的纳米片结构表面的扫描电镜图；

图2为本发明为本发明所制备纳米片结构表面的X射线衍射图谱；

图3为本发明制备的纳米片结构表面的接触角和滚动角图；

图4为本发明所制备的超疏水碳钢表面的自清洁行为图。

具体实施方式

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

本发明第一方面提供一种超疏水碳钢，所述超疏水碳钢包括碳钢基材以及原位生长在碳钢基材表面的纳米片层，并且所述纳米片层表面修饰有低表面能物质。

本发明中，碳钢是含碳量在0.0218-2.11重量％的铁碳合金，一般还含有少量的硅、锰、硫、磷等。本领域现有的碳钢均可用于制备所述超疏水碳钢，比如，N80钢、Q235钢和45#钢。