[发明专利]一种利用超音速火焰喷涂制备超疏水表面的方法

说明书

本发明公开了一种利用超音速火焰喷涂制备超疏水表面的方法，其步骤如下：A、对基体表面进行预处理；B、采用超音速火焰喷涂方法在预处理后的基体表面上制备碳化钨体系涂层，所述喷涂粉末为碳化钨体系粉末；C、在步骤B制备的碳化钨体系的涂层表面修饰一层低表面能物质，即可获得超疏水涂层。该方法具有可在多种复杂结构的工件基底上大面积的制备超疏水表面，制作工艺简单，制备效率高，适合现场施工，成本低等优势。且本方法制备的疏水表面不仅具有优良的疏水性能和自清洁效应，而且兼具金属涂层的韧性和陶瓷涂层耐磨耐腐蚀性能，并具备一定的防覆冰功能。

技术领域

本发明涉及超疏水涂层的制备技术与方法，具体涉及一种利用超音速火焰喷涂制备超疏水表面的方法。

背景技术

超疏水材料是一种仿生材料，其研究源于人们对荷叶疏水特性的研究，在研究荷叶表面时，发现水滴在荷叶的表面会迅速滚落而不留痕迹，并且能带走表面的污物，因此荷叶表面总是保持干净的状态。于是，这种自我清洁功能就被称为“荷叶效应”。近年来，由于超疏水材料表面特殊的浸润性，已被广泛应用如抗腐蚀、自清洁、减阻、防雾防冰等众多领域。

一般认为超疏水状态即材料表面与液滴接触角大于150°，滚动角小于5°。而要达到这样特殊的表面润湿性能则需要满足两个基本条件，其中包括表面微纳米复合的粗糙结构和较低的表面自由能。目前国内外应用最多的制备超疏水表面的方法有模板法、刻蚀法、电化学沉积法、自组装法、静电纺丝法等。上述方法均有报道可获得超疏水表面，但仍存在例如制备过程复杂，对基体局限性较差，工业应用范围较窄，且表面功能易失效等缺陷。因此，研究一种工业应用适用性广，涂层性能稳定，且制备工艺简单的超疏水表面制备方法非常重要。

申请号201410519407.5的专利申请公开了一种将疏水气相SiO₂和硅橡胶预聚物混合后的悬浮液喷涂在基体材料表面，再进行固化处理从而获得透明超疏水涂层的方法。

申请号为201410666074.9的专利申请公开了一种利用超音速电弧喷涂方式将金属丝材融化、雾化、再加速沉积在基体表面形成具有粗糙结构的涂层，再经低表面能修饰后高温固化得到超疏水涂层的方法。

现有多数制备方法均可获得接触角高于150°的超疏水表面，但仍存在着各自的局限性，如上述两种方式中悬浮液喷涂所得超疏水薄膜以及电弧喷涂所得金属涂层均存在耐摩擦性能差的缺陷，且金属涂层表面结构易受腐蚀影响，使得超疏水表面结构和性能稳定性降低，因此，发展一种能够大规模制备且涂层性能稳定的超疏水涂层制备方法非常重要。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种利用超音速火焰喷涂制备超疏水表面的方法，该方法具有可在多种复杂结构的工件基底上大面积的制备超疏水表面，制作工艺简单，制备效率高，适合现场施工，成本低等优势。且本方法制备的疏水表面不仅具有优良的疏水性能和自清洁效应，而且兼具金属涂层的韧性和陶瓷涂层耐磨耐腐蚀性能，并具备一定的防覆冰功能。

本发明实现其发明目的所采取技术方案是：一种利用超音速火焰喷涂制备超疏水表面的方法，其步骤如下：

A、对基体表面进行预处理；

B、采用超音速火焰喷涂方法在预处理后的基体表面上制备碳化钨体系涂层，所述喷涂粉末为碳化钨体系粉末；

C、在步骤B制备的碳化钨体系的涂层表面修饰一层低表面能物，即可获得超疏水涂层。

本发明的基本原理是：首先对基体表面进行常规预处理；然后采用超音速火焰喷涂方法在预处理后的基体表面上制备碳化钨体系的涂层：超音速火焰喷涂在的燃烧室中利用高压氧气与丙烷燃烧产生高速焰流，再经过特殊设计的喷嘴形成超音速高温焰流，此焰流加热加速碳化钨体系粉末至基体表面，通过控制超音速火焰喷涂的压缩空气压力、氧气流量、燃气流量、送粉量以及喷涂距离等参数在基体表面形成与基体表面具有较高结合强度的粗糙结构(微纳米复合结构)表面；最后在具有粗糙结构的涂层表面修饰一层低表面能物质即可得到超疏水表面。