化学刻蚀法制备铝合金超流水表面 3
铝合金表面超疏水涂层的制备及其耐蚀性能
铝合金表面超疏水涂层的制备及其耐蚀性能李松梅*王勇干刘建华韦巍(北京航空航天大学材料科学与工程学院,北京100083)摘要：基于含氟聚氨酯和纳米SiO 2的协同作用,在铝合金表面成功制备了一层超疏水涂层.用红外光谱、扫描电镜和电化学测试等技术对超疏水涂层进行了表征和分析.红外光谱结果表明,硅烷偶联剂(A1100)成功键合到纳米SiO 2表面.扫描电镜和接触角测定仪对涂层的表面形貌表征结果表明,涂层表面存在微米⁃亚微米尺度的粗糙结构,接触角可达到156°,滚动角小于5°.电化学测试(交流阻抗和极化曲线)结果表明,所得到的涂层极大地提高了铝合金的耐蚀性能.关键词：超疏水；硅烷偶联剂；电化学测试；耐蚀性中图分类号：O648Preparation of Superhydrophobic Coating on Aluminum Alloy with ItsAnti 鄄Corrosion PropertyLI Song ⁃Mei *WANG Yong ⁃GanLIU Jian ⁃HuaWEI Wei(College of Material Science and Engineering,Beijing University of Aeronautics and Astronautics,Beijing100083,P.R.China )Abstract ：Based on the cooperation of the fluorated polyurethane and nano silicon oxide,superhydrophobic coating was successfully fabricated on the surface of aluminium alloy.The superhydrophobic coating was characterized and investigated by FT ⁃IR 、SEM and electrochemical measurement.The FT ⁃IR result showed that silane coupling reagent (A1100)was grafted on the surface of the nano ⁃disilicon oxide.Scanning electronic microscopy(SEM)and optical contact angle meter(兹)indicated that rough structure was present on the surface of the coating,and the contact angle could reach up to 156°with sliding angle smaller than 5°.The results of electrochemical measurements (EIS and polarization curve)showed that anti ⁃corrosion property of aluminium alloy was greatly improved.Key Words ：Superhydrophobic;Silane coupling reagent;Electrochemical measurement;Anti ⁃corrosionproperty[Note]物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao )Acta Phys.鄄Chim.Sin .,2007,23(10)：1631-1636Received:March 7,2007;Revised:July 2,2007;Published on Web:August 28,2007.∗Corresponding author.Email:Songmei_li@;Tel:+8610⁃82317103.ⒸEditorial office of Acta Physico ⁃Chimica Sinica在理论和实际运用中,表面润湿性是超疏水涂层体系的重要性能[1].自然界中许多植物都具有超疏水和自清洁性能,如荷叶表面具有超疏水性能,是由于表面微米范围的乳凸引起的粗糙度和蜡质层所引起的[2].Jiang 等[3]发现荷叶表面的微米乳凸上存在树枝状结构,这种微⁃纳米阶层结构就形成接触角很大、滚动角很小的超疏水表面.水滴能够以小水珠的形式在荷叶表面滚动并带走灰尘,这就是所谓的自清洁或超疏水性能(接触角大于150°,滚动角小于10°)[4-6].国内外学者在超疏水性能方面作了大量研究,如Favia 等[7]在调制射频辉光区沉积四氟乙烯后,接触角大于150°；Teshima 等[8]通过选择性氧等离子刻蚀和等离子增强化学气相沉积(CVD)得到超疏水表面；Ma 等[9]用一步电纺纱疏水材料和CVD 相结合的方法获得接触角大于175°的超疏水性能；Zhai 等[10]通过自组装聚丙烯铵盐酸盐(PAH)和聚丙烯酸(PAA)的多层膜,得到接触角为172°的超疏水表面；Zhang 等[11]利用电沉积稠密的金簇,经过n ⁃十October 1631Acta Phys.鄄Chim.Sin.,2007Vol.23二烷硫醇修饰后,接触角达到173°.然而,上述方法由于实验条件苛刻、仪器昂贵或者工艺复杂,限制了疏水材料在实际生活中的应用范围.制造超疏水表面的方法可以分为两类[12],即由低表面能材料制造粗糙表面和用低表面能材料改性粗糙表面.本文利用含氟聚氨酯的低表面能,通过改性纳米SiO2在其表面键合,形成一种粗糙结构,实现超疏水表面的构建.1实验部分1.1原料铝合金(LY12,北京航空航天大学机械厂),双组分含氟聚氨酯(天津灯塔涂料有限公司,组分一含F—OH,组分二含—OCN,组分一与组分二的质量比为5∶1),纳米SiO2(A380,北京安特普纳科贸有限公司,原生粒径为7nm),硅烷偶联剂(A1100)(北京安特普纳科贸有限公司),二甲苯(分析纯,北京化工厂),Alodine(阿罗丁)液(北京航空材料研究院). 1.2工艺经过除油、碱洗后的铝合金浸入到阿罗丁液3 min后,表面镀上阿罗丁膜,然后在其表面刷涂双组分的含氟聚氨酯(保证含—OCN组分过量).纳米SiO2表面经偶联剂(A1100)修饰后带有—NH2,并将其溶于二甲苯配成0.025g·mL-1的浓度,然后将预涂后的铝合金浸入,使预涂基体表面分布的—OCN和经修饰后带有—NH2的SiO2充分反应,将纳米SiO2固定在涂层表面,约14h后烘干.偶联剂的用量m按其在纳米SiO2表面形成单分子层计算：m=(m1·S s)/S w式中,m1为SiO2的质量,S s为SiO2的比表面积(380 m2·g-1),S w为偶联剂A1100的可润湿比表面积(353 m2·g-1).1.3涂层性能表征及测试用红外光谱仪(AVATAR⁃360,NICOLET, American)表征经过硅烷偶联剂改性的纳米SiO2；用扫描电镜(JSM⁃5800,JEOL,Japan)观察表面形貌,并作能谱分析；用接触角测定仪(OCA20,Dataphysics, Germany)测量静态接触角.电化学测试采用三电极体系,以含超疏水涂层的铝合金为研究电极,铂电极为辅助电极,饱和甘汞电极为参比电极,用质量分数为3.5%的NaCl溶液作为介质,将带有超疏水涂层的铝合金和只经过打磨后的铝合金(空白样)的耐蚀性能进行对比.交流阻抗谱(EIS)测试使用电化学工作站(Parstat2273,Ametek,American),测试软件为Powersuit阻抗测试系统,频率范围在1×105-1×10-2 Hz.测量极化曲线时的扫描速率为1mV·s-1.2分析与讨论2.1形貌表征图1是表面经过硅烷偶联剂(A1100)修饰前后的纳米SiO2的FT⁃IR谱图.可以看到,加入偶联剂前后纳米SiO2表面物质组成基本没有发生变化,但经A1100修饰后纳米SiO2表面的部分羟基与硅烷偶联剂作用生成Si—O键[13].2973cm-1处为—CH2、—CH3的特征吸收峰,修饰后的纳米SiO2吸收峰强度增强,且在1457cm-1出现新峰,为C—H的特征吸收峰[14].改性后的纳米SiO2和茚三酮发生显色反应,变成蓝紫色[15],这是氨基(—NH2)的特征显色反应,说明偶联剂确实已经键合到SiO2表面.图2是水滴在经过SiO2键合后铝合金涂层表面的照片.由于涂层是在液相环境中获得,将预涂聚氨酯后的铝合金浸入到分散均匀的SiO2⁃二甲苯液中,然后通过化学键在含氟聚氨酯表面键合了一层SiO2,故得到的涂层表面均匀一致,如图2a.从图2b 中可以很清楚地看到水滴在其表面的状态,水滴与涂层表面接触面积小,具有良好的自洁性能.图3是预涂含氟聚氨酯和具有超疏水涂层的铝合金表面的SEM图.尽管在宏观上聚氨酯涂层具有光滑平整的表面,但由于涂料只能在微米范围内流平,导致聚氨酯表面有褶皱产生,如图3a所示.从图3b中发现,具有超疏水涂层的铝合金表面起伏不平,存在微米⁃亚微米范围内的粗糙结构,同时有孔洞结图1改性前(a)后(b)纳米SiO2的FT⁃IR光谱Fig.1FT⁃IR spectra of nano⁃SiO2(a)before and(b)aftermodification1632No.10李松梅等：铝合金表面超疏水涂层的制备及其耐蚀性能构存在,这是由于将预涂聚氨酯后的铝合金浸入到二甲苯中,发生了溶胀,部分聚氨酯溶解,形成微孔结构.另外,部分改性SiO 2会随着二甲苯进入到涂层内部,与涂层内部的—OCN 键合,最终在干燥过程中,与表面键合的SiO 2层在涂层表面层错堆叠,形成一种满足超疏水性能所需要的粗糙度.另外所使用的不定型SiO 2的原生粒径约为7nm,但从SEM 图中发现表面主要存在粒径为0.1-1滋m 的粗糙结构.这可能是由于在改性以及研磨过程中,纳米颗粒发生硬团聚,在超声分散过程中,很难将团聚的颗粒分开.但可以发现杂乱排列的SiO 2在某种程度上模拟了荷叶的表面结构,即微米结构上存在亚微米结构,并获得较高的超疏水性能(接触角高达156°,见图4).图4是具有预涂含氟聚氨酯(a)和超疏水(b)涂层的铝合金表面的接触角测试结果.可以看出,聚氨酯本身具有较低的表面能,但与水滴的接触角(兹)只有76°,表现出弱疏水性能,这是因为含氟聚氨酯中图3铝合金表面涂层的SEM 照片Fig.3SEM images of coating on the aluminum surfacea)pre ⁃coated with polyurethane ；b)superhydrophobicsurface图4铝合金涂层表面的接触角(θ)Fig.4Water contact angle (θ)of aluminum alloy surface with coatinga)coated with polyurethane;b)superhydrophobiccoating图2水滴在含有超疏水涂层的铝合金表面的照片Fig.2Digital photos of droplet on the aluminum surfacea)overlook,b)side ⁃look1633Acta Phys.鄄Chim.Sin.,2007Vol.23的氟含量约为20%,不能满足疏水性要求的低表面能,而超疏水涂层的接触角为156°,滚动角小于5°.粗糙表面可分为三种,即有序化粗糙表面、无序化粗糙表面和阶层结构粗糙表面.单纯通过降低表面能可以增大接触角,但接触角不能超过120°[16].本实验中得到的超疏水性能可以归结为纳米SiO 2在涂层表面键合后的无规排列,形成了微米⁃亚微米范围内的无序化粗糙结构,以及硅烷偶联剂上的疏水性硅烷链键合到SiO 2表面[17].另外,在本实验中是基于含氟聚氨酯的涂层,氟化物属于低表面能物质,对疏水性能也有影响[17,18].涂层表面的EDS 测试结果(如表1所示)也说明涂层表面含有氟化物,有利于超疏水表面的形成.2.2耐蚀性能测试在铝合金表面构造了一层超疏水涂层后,利用电化学实验测试该涂层的耐蚀性能.图5是铝合金空白样和具有超疏水涂层铝合金的交流阻抗谱.从图5(a)中可看出,铝合金空白样由于在NaCl 溶液中会形成多孔氧化膜,而外层Cl -与氧化膜相互作用又会形成盐膜[19],所以阻抗值达到了104数量级.在低频区,可以发现阻抗图谱发生了萎缩,这是因为点蚀开始萌生,最后阻抗谱的虚部变为正值,这时点蚀处于扩展阶段.从图5(b)中可看出,含超疏水涂层的铝合金具有优异耐蚀性能,阻抗值接近108数量级,这可归结于所得到的涂层表面张力小.但不能仅仅将超疏水涂层的耐蚀性归结为其表面张力小,腐蚀介质无法接近基体,因为Liu 等[20]利用十四烷酸处理活化后的Cu 基体,也得到超疏水涂层,利用EIS 研究了其表面膜层的耐蚀性,发现阻抗为104数量级.故我们将含超疏水涂层的铝合金具有高耐蚀性能归结于两个方面,首先,预处理镀上的一层阿罗丁膜会增加超疏水涂层的耐蚀性能.另外,由于制备的涂层具有超疏水性能,导致部分腐蚀性离子(如Cl -)无法依靠溶液介质接近涂层表面,这样就很好地保护了基体.而聚氨酯由于在浸泡过程中发生溶胀,形成了多孔结构,不再是一个连续的膜,所以没有考虑其对耐蚀性能的贡献.图6是超疏水涂层体系的Bode 图,可以观察到图上有三个峰值,说明体系含有三个时间常数.然而图5中的超疏水涂层阻抗谱只显示出一个半圆,这是因为Nyquist 图应用的是线性轴,区分这些时间常数就变得较为困难,这种情况下,Bode 图就非常适用,可以清晰地分辨出电荷传递的每一步骤[21],实际上在Nyquist 图高频区还存在两个半圆,只是半圆直径相对较小,不能明显观察出来.在刷涂聚氨酯之前,为了增加其与基体的结合力,先在铝合金基体上镀上了一层阿罗丁膜,而且聚氨酯与SiO 2键合形成的超疏水涂层具有很小的表面张力,溶液介质很难接近基体,这样就可以认为在涂层和溶液介质间形成了一层隔离膜.考虑在涂层和溶液介质之间存图5空白样和带涂层的铝合金的Nyquisit 图Fig.5Nyquisit diagrams of the aluminum alloy with and without coating*)mass ratio,**)atom ratio;K series excitationElement w (%)*a (%)**C 34.7646.28O 34.5434.53F 7.61 6.41Si 19.9411.36Cl 3.15 1.42total100.00100.00表1铝合金超疏水涂层表面的EDS 测定结果Table 1Results of EDS of the aluminum alloysurface with superhydrophobiccoating1634No.10李松梅等：铝合金表面超疏水涂层的制备及其耐蚀性能在电荷双电层,通过对得到的Bode图和Nyquist图进行分析,结合三层膜的等效电路(图7)来分析此涂层[22,23].由于涂层表面存在粗糙结构,用恒相位元件CPE替代超疏水涂层表面的纯电容[24].图8是利用ZSIMPWIN软件并结合图7中等效电路图模拟得到的EIS等效阻抗谱.含有超疏水涂层的铝合金表面结构是电荷双电层先与超疏水涂层形成并联结构,然后再和阿罗丁膜串联.由于超疏水涂层的表面张力很小,溶液介质无法通过超疏水涂层靠近阿罗丁膜,这样溶液中的剩余负电荷只能在超疏水涂层表面排列,同时含有超疏水涂层的铝合金中的剩余正电荷会慢慢迁移到阿罗丁膜表面,形成了电荷双电层,故最终形成的双电层之间包含了超疏水涂层(图7).另外,由于超疏水涂层和阿罗丁膜的交互作用,使得拟合的阿罗丁膜阻抗值达到了4.513×107Ω,超疏水涂层电阻为6.275×107Ω,具有良好的耐蚀性能.由于形成的阿罗丁膜比较致密,且与铝合金基体结合良好,对整个涂层的抗腐蚀性能起到了促进作用.由图8可以看到,软件模拟和实验获得的谱图具有良好的一致性,其误差为9.668×10-3,说明其等效电路图能够有效地反映出超疏水涂层的结构组成.图9是空白样和具有超疏水涂层铝合金的Tafel曲线.从图9中可以看到,空白样品的自腐蚀电位约为-0.8V,而含有超疏水涂层的自腐蚀电位正移至-0.72V左右,说明此涂层使得Tafel曲线阳极分支和阴极分支正移,降低了铝合金发生腐蚀的倾向,同时铝合金空白样的阳极区极化度要远远大于含超疏水涂层的铝合金.而且在阳极极化区,可以看见空白样品的电流急剧上升,而含有超疏水涂层的铝合金电流缓慢增加,最终保持在一个很低的数值(10-8.5A·cm-2).而阳极极化曲线是一个加速腐蚀的过程,腐蚀速率取决于涂层的抗极化能力,由图9可以说明,在强极化区,超疏水涂层的存在有效地提高了铝合金的耐腐蚀性能,这和交流阻抗测试所得到图7超疏水涂层的等效电路Fig.7Equivalent circuits of superhydrophobiccoatingR sol,R ct,R1,R2were resistances of solution,charge⁃transferring, superhydrophobic and alodine coating respectively.C dl,Q CPE1,C1were capacitances of double layers,superhydrophobic and alodine coating.图9空白样和含涂层铝合金Tafel曲线Fig.9Tafel curves of the aluminum alloy with andwithout coating图8超疏水涂层的拟合阻抗谱Fig.8Simulated impedance plot of superhydrophobic coating on aluminumalloy 图6超疏水涂层的Bode图Fig.6Bode diagram of the aluminum alloy withcoating1635Acta Phys.鄄Chim.Sin.,2007Vol.23的结论一致.3结论(1)通过FT鄄IR光谱测试,发现硅烷偶联剂成功键合到纳米SiO2表面,使其表面带有氨基官能团,和双组分聚氨酯中过量的异氰酸根(—OCN)反应后,使得SiO2可以固定在铝合金表面,形成粗糙结构.(2)利用SEM观察到超疏水涂层的铝合金表面微米范围内粗糙结构的存在,接触角测试结果表明此工艺可以获得超疏水涂层.(3)铝合金表面超疏水性能是通过氟聚氨酯、偶联剂修饰纳米SiO2后带有疏水基团,以及在表面形成粗糙结构的协同作用所得到的.(4)电化学测试结果表明,超疏水涂层体系的存在能很大程度地提高铝合金的耐腐蚀性能.References1Kwok,D.Y.;Neumann,A.W.Adv.Colloid Interface Sci.,1999, 81(3):1672Ball,P.Nature,1999,400(6744):5073Sun,T.;Feng,L.;Gao,X.;Jiang,L.Acc.Chem.Res.,2005,38(8): 6444Jiang,L.Adv.Mater.,2002,14:18575Guo,Z.G.;Zhou,F.;Liu,W.M.Acta Chimica Sinica,2006,64(8):761[郭志光,周峰,刘维民.化学学报,2006,64(8):761] 6Nakajima,A.;Fujishima,A.Adv.Mater.,1999,11:13657Favia,P.;Cicala,G.;Milella,A.;Palumbo,F.;Rossini,P.;Agostino,R.Surface and Coatings Technology,2003,169-170: 6098Teshima,K.;Sugimura,H.;Inoue,Y.;Takai,O.;Takano,A.Appl.Surf.Sci.,2005,244:6199Ma,M.;Mao,Y.;Gupta,M.;Gleason,K.K.;Rutledge,G.C.Macromolecules,2005,38:974210Zhai,L.;Cebeci,F.C.;Cohen,R.E.;Rubner,M.F.Nano Letters, 2004,4(7):134911Zhang,X.;Shi,F.;Yu,X.;Liu,H.;Fu,Y.;Wang,Z.Q.;Jiang,L.;Li,X.Y.J.Am.Chem.Soc.,2004,126(10):306412Ma,M.L.;Hill,R.M.Current Opinion in Colloid&Interface Science,2006,11(4):19313Bai,H.Y.;Jia,M.Q.;Wu,W.;Wang,J.L.Surface Technology, 2003,32(6):59[白红英,贾梦秋,毋伟,王金玲.表面技术,2003,32(6):59]14Li,X.X.;Zuo,J.H.;Wang,J.;Song,E.M.China Plastics Industry, 2006,34(B05):127[李晓萱,左建华,汪瑾,宋恩猛.塑料工业,2006,34(B05):127]15Eiselt,P.;Lee,K.Y.;Mooney,D.J.Macromolecules,1999,32: 556116Blossey,R.Nat.Mater.,2003,2:30117Xu,C.X.;Lu,W.X.Journal of Shanghai University(Natural Science),2000,6(5):420[徐彩宣,陆文雄.上海大学学报(自然科学版),2000,6(5):420]18Shang,H.M.;Wang,Y.;Limmer,S.J.;Chou,T.P.;Takahashi,K.;Cao,G.Z.Thin Solid Films,2005,472:7119Hu,J.M.;Liu,J.;Zhang,J.T.;Zhang,J.Q.;Cao,C.N.Acta Metallurgica Sinica,2004,40(11):1189[胡吉明,刘惊,张金涛,张鉴清,曹楚南.金属学报,2004,40(11):1189]20Liu,T.;Yin,Y.S.;Chen,S.G.;Chang,X.T.;Cheng,S.Electrochimica Acta,2007,52(11):370921Cui,X.L.;Jiang,Z.Y.Journal of Shanghai Teachers University (Natural Science),2001,30(4):53[崔晓莉,江志裕.上海师范大学学报(自然科学版),2001,30(4):53]22Tian,Z.W.Electrochemical methods.Beijing:Science Press, 1984:250[田昭武.电化学研究方法.北京：科学出版社,1984: 250]23Zha,Q.X.Kinetics of electrode process.Beijing:Science Press, 2002:213[查全性.电极过程动力学.北京：科学出版社,2002: 213]24Cheng,Z.L.;Yang,X.R.Chinese Journal of Analytical Chemistry, 2001,29(1):6[程志亮,杨秀荣.分析化学,2001,29(1):6]1636。
一种提高铝合金阳极化后表面粗糙度的工艺
一种提高铝合金阳极化后表面粗糙度的工艺铝合金是一种轻质、耐腐蚀的金属材料，在工业生产中应用广泛。
在铝合金的表面处理过程中，阳极化是一种常用的工艺，可以提高铝合金的耐腐蚀性能、提高表面硬度和美观性。
在实际应用中，有时需要通过提高阳极化后的表面粗糙度，来满足特定的需求，比如增加涂层附着力、改善滑动摩擦性能等。
下面将介绍一种提高铝合金阳极化后表面粗糙度的工艺方法。
一种提高铝合金阳极化后表面粗糙度的工艺方法是采用化学刻蚀的方法。
具体步骤如下：第一步，准备工作需要准备好需要处理的铝合金材料。
对于铝合金材料的选择，需要具有良好的阳极化处理性能，并且可以耐受化学刻蚀的作用。
一般来说，常用的铝合金材料比如6061、7075等都可以满足这个要求。
在准备工作中，还需要准备好化学刻蚀所需的溶液和设备，比如氢氧化钠溶液、硝酸溶液等。
第二步，表面处理将铝合金材料进行阳极化处理，以确保表面的清洁和光滑度。
通过阳极化处理，可以生成均匀的阳极氧化膜并提高表面的硬度。
这一步是提高表面粗糙度的关键，因为阳极氧化膜可以提供化学刻蚀的保护层，以保证只有表面被刻蚀，不会对材料本身造成影响。
第三步，化学刻蚀处理将经过阳极化处理的铝合金材料浸泡在预先配制好的化学刻蚀溶液中。
在刻蚀过程中，可以通过控制刻蚀时间、溶液浓度和温度等参数来调节表面的粗糙度。
一般来说，刻蚀时间越长，刻蚀深度越大，表面粗糙度也越高。
第四步，清洗处理经过化学刻蚀处理后的铝合金材料需要进行彻底的清洗，以去除残留的刻蚀溶液和产生的氧化物。
清洗的方法可以采用水冲洗、酸洗或碱洗等方式来完成。
第五步，干燥处理经过清洗处理的铝合金材料需要进行干燥处理，以确保表面的干净和干燥。
这一步通常采用空气干燥或者烘干的方式来完成。
通过以上工艺步骤，可以有效地提高铝合金阳极化后的表面粗糙度，从而满足特定的工艺需求。
这种方法不仅可以提升铝合金材料的表面性能，还可以扩展其应用领域，比如在航空航天、汽车制造、建筑装饰等领域都有着重要的作用。
化学刻蚀法制备铝合金基超疏水表面
１ 实验部 分
广泛的应用前景¨ ， Ｊ人们对超疏水 的认识主要来 自对植物表面的分析 ，ａ ｈ ｔ和 Ｎ ｉ ｕ ＿５ Ｂｒ ｌｔ ｔｏ ｅ ｈｉ ４ 通过 ｎ ｓ’
铝合金 ， 浓盐酸 （ 分析纯 ） 国产 ； ， 去离子水 ， 蒸 馏水 ； 无水 乙醇 （ 分析纯） 丙酮 （ 、 分析纯 ） 氢氟酸 、
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接触角的测定方法很多， 据直接测定 的物理 根 量分为 四大类 ： 角度测量 法 、 长度测 量法 、 力测 量
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法， 透射测量法。其 中， 液滴角度测量法 是最常用
的， 也是最 直截 了当 的 一类 方 法 。它 是 在平 整 的 固
第 １ ０卷
第２ ７期
２ １ ９月 ０ ０年
科
学
技
术
与
工
程
Ｖｏ． ０ Ｎｏ ２ Ｓ ｐ ０ ０ １１ ．７ ｅ ．２ １
１７ — １ １ （０ ０ ２ ・７ ９０ ６ １ ８ ５ ２ １ ）７ ６ １ —３
Ｓ ｉｎ ｅ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｎ ｎ ｉ ｅ ｆ ｇ ｃｅ ｃ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ａ ｄ Ｅ ｇ ｎ ｅ ｎ ｉ
上 ， ２是 ４ ０倍 下 显微镜 表 面图形 。 图 ０
２２ 盐酸浓度与表观攮触角的关系 ．
在氢氟酸 浓 度 为 ６ ｍ ｌ ， 氟 刻蚀 时 间 为 ０／ 氢 ／ Ｌ
多研究 者展 开 了超 疏 水 表 面 的研 制 －１这 些方 法 中刻 ｏ ／
蚀 时间 １ ｉ， 成 后 将 铝块 放 人 浓 度 为 ４ｍｏ Ｌ ５ｍｎ 完 ｌ ／ 的盐 酸溶液 中 ， 在室 温 下 刻蚀 时 间 ６ｍｉ， ｎ 刻蚀 完 成
铝合金表面构建超疏水性的化学改性机理
东南大学学报（ 自然科学版）
JOURNAL OF SOUTHEAST UNIVERSITY （ Natural Science Edition）
doi： 10． 3969 / j． issn． 1001 － 0505． 2011． 05． 027
Vol． 41 No． 5 Sept． 2011
1） 前处理 首先将铝合金样品表面研磨并抛 光，接着在 丙 酮 溶 液 和 去 离 子 水 中 先 后 超 声 清 洗 10 和 5 min，随后取出吹干备用．
2） 湿化学刻蚀 将前处理后的铝合金样品置 于 90 g / L 的盐酸分析纯水溶液中，40 ℃ 水浴条件下 刻蚀 5 min，取出后用大量去离子水清洗并吹干．
吴洁，等： 铝合金表面构建超疏水性的化学改性机理
1037
选用表面能较低的聚合物，如氟碳树脂（ 聚四氟乙 烯） 、有机硅树脂（ 聚二甲基硅氧烷） 、氟硅树脂（ 氟 硅烷） 和长链聚合物（ 硬脂酸） 等［4］． 与其他制备方 法相比，湿化学刻蚀法简便快捷、成本较低； 而长链 脂肪酸的价格远低于其他修饰物． 因此，利用湿化 学刻蚀和长链脂肪酸进行化学改性，构建超疏水金 属表面具有方便、快速、低成本等优点［12-14］． 利用 刻蚀法在金属基体上制备粗糙结构的机理及应用 已有较多文献报道 ，但 ［1-4，12-14］ 化学改性对金属表 面润湿性的影响规律和机理研究较少．
2 实验结果
2. 1 刻蚀-蒸镀两步法制备样品 首先研究了不பைடு நூலகம்蒸镀溶液浓度对刻蚀铝合金
样品润湿性的影响． 图 2 为酸处理和硬脂酸蒸镀处 理后 的 铝 合 金 表 面 SEM 图 （ 温 度 150 ℃ ，时 间 2 h） ． 可以看出，盐酸溶液刻蚀后，铝合金表面十分 粗糙，形成了许多尺寸较为不均匀的方形凸台和凹
铝合金表面构建超疏水性的化学改性机理
各种试样（ 包括刻蚀后铝合金基片、不同蒸镀 改性工艺处理后样品和一步法制备的样品） 表面形 貌采用 Sirion 场发射扫描电镜（ SEM ） 进行分析．
第 41 卷第 5 期 2011 年 9 月
东南大学学报（ 自然科学版）
JOURNAL OF SOUTHEAST UNIVERSITY （ Natural Science Edition）
doi： 10． 3969 / j． issn． 1001 － 0505． 2011． 05． 027
Vol． 41 No． 5 Sept． 2011
Mechanism of chemical modification for fabricating superhydrophobic aluminum alloy
Wu Jie Yu Xinquan Zhang Youfa Zhou Quanhui
（ School of Materials Science and Engineering，Southeast University，Nanjing 211189，China） （ Jiangsu Key Laboratory of Advanced Metallic Materials，Southeast University，Nanjing 211189，China）
103969issn10010505201105027超疏水金属表面具有耐腐蚀自清洁抗结冰防生物附着等特性对金属在海水环境酸性条件低温和人体植入等领域的应用具有重要意义基于荷叶效应的基本原理超疏水金属表面的制备方法主要有2构建粗糙结构和表面改性分开进行的两步法粗糙化和化学改性同时进行的一步法对于粗糙结构的制备有湿化学刻蚀法表面氧化法直接成膜法和电化学沉积法运用这些方法已在不锈钢铜铝锌和钛等多种金属表面获得了超疏水性表面改性剂一般选用表面能较低的聚合物如氟碳树脂聚四氟乙烯有机硅树脂聚二甲基硅氧烷氟硅树脂氟硅烷和长链聚合物硬脂酸等与其他制备方法相比湿化学刻蚀法简便快捷成本较低
一种酸刻蚀法制备铝合金超疏水表面薄膜
图 ３为草 酸 和盐 酸混 合溶 液刻 蚀 铝合 金样 条 时 间对样 品表面疏 水 性能 的影 响 曲线 。
为 １ １ ，滚动角为 １ 。 ３。 ９ ，这表明盐酸浓度过高时 ，反
｜
应过 快 ，使 得样条表 面刻蚀不均一 ，疏水 效果也达不 到要 求。草酸的添加 ，在反应过程 中可以减缓盐 酸的
ｈ ｄ ｏ ｈ ｂ ｃ ｍｂ ａ ｅ ． ｈ ｅ ｔ ｒｐ ａ ｏ ｏ ｄ ｔ ｎ ｅ ｍ ｘ ｄ ｓ ｌ ｔ ｎｏ ．８ｍｏ／ ｘ ｉ ａ ｉ ｄ １ ｌ ｙ ｒ — ｙ ｒ ｐ ｏ ｉ ｍｅ ｒ ｓ Ｔ ｅｂ ｓ ｐ ｅ ａ ｔ ｎｃ ｎ ｉ ｏ ｓ ＂ ｎ ｒ ｉ ｉ ａ ｉ ｅ ｕ ｉ ｆ ０ ｌ ｏ ａ ｃ ｃｄ ａ ｍｏ／ ｈ ｄ ｏ ｒ ｏ ｏ ０ Ｌ ｌ ｎ Ｌ
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基金项 目 ：湖南省科技厅基金资助项 目 （ ０ ９ ３ ８ ，湖南省大学生研究性学习和创新性试验计划基金资助项 目 （ ２０ ＣＫ ０ ２） 湘教通
［ １１４ ，湖南工业大学大学生研究性学 习和创新性试 验计划基金资助项 目 （ ２ ０２４） ０ 湖工 大教字 ［ １１８ ２ ０２ ） ０ 作者简介 ： 黄子发 （９９ ） ，湖南 株洲 人 ，湖南工业 大学学生 ，主要研究方 向为表面材料改性 １８一 ，男
第２ 卷 第 ４ ５ 期 ２１ 年 ７ ０１ 月
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南
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业
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学
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报
ＶＯ ．５ ＮＯ４ １ ． ２ Ｊ ｌ ０ １ ｕｙ ２ １
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一
种酸刻蚀 法制 备铝合金超疏水表 面薄膜
一种在铝合金基体表面上制备超疏水和疏油表面的方法[发明专利]
![一种在铝合金基体表面上制备超疏水和疏油表面的方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/e453d241f524ccbff0218436.png)
专利名称：一种在铝合金基体表面上制备超疏水和疏油表面的方法
专利类型：发明专利
发明人：张海龙
申请号：CN201710868620.0
申请日：20170922
公开号：CN107755228A
公开日：
20180306
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种在铝合金基体表面上制备超疏水和疏油表面的方法，所述的方法包括如下步骤：a）使用丙酮和乙醇现将合金铝表面除油初步清洗；b）使用粗砂纸将表面打磨成微米级粗糙的表面；c）使用丙酮和乙醇现将合金铝表面进一步清洗，然后用去离子水煮；d）衬底再依次在甲醇和丙酮各超声清洗1—5分钟，然后在沸水中煮沸20—40min使其表面粗糙；e）表面施胶；它具有有优异的化学稳定性和耐候性，应用范围广，可使金属表面实现免冲洗的自清洁表面，同时防护维护费用可大为降低等特点。
申请人：浙江海洋大学
地址：316022 浙江省舟山市普陀海洋科技产业园普陀展茅晓辉工业区C2-10地块
国籍：CN
代理机构：杭州九洲专利事务所有限公司
代理人：翁霁明
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一种提高铝合金阳极化后表面粗糙度的工艺
一种提高铝合金阳极化后表面粗糙度的工艺铝合金是一种常用的金属材料，具有轻质、耐腐蚀、导热性好等优点，在工业生产中被广泛应用。
在一些特定的场合，需要对铝合金进行阳极化处理，以提高其表面的耐腐蚀性和氧化性能。
目前市面上的铝合金阳极化工艺存在着表面粗糙度不高的问题，为了解决这一问题，我们需要研究一种提高铝合金阳极化后表面粗糙度的工艺。
一种提高铝合金阳极化后表面粗糙度的工艺方法是采用化学刻蚀法。
化学刻蚀是利用化学药剂将金属表面的一部分溶解，从而改变其表面形貌和粗糙度的方法。
在铝合金阳极化处理过程中，利用化学刻蚀的方法，可以在一定程度上提高其表面粗糙度，改善其表面性能。
我们需要选择适合的化学刻蚀药剂。
通常情况下，选择含有氢氟酸或氯化镁等成分的药剂，这些药剂对铝合金具有较强的刻蚀能力，可以有效提高其表面粗糙度。
在制备阳极化液时，加入适量的刻蚀药剂，并控制好温度和浸泡时间，可以提高阳极化后的铝合金表面粗糙度。
我们需要控制好化学刻蚀的条件。
化学刻蚀的条件包括温度、浸泡时间、药剂浓度等。
在温度方面，通常情况下，较高的温度有利于提高刻蚀速度，但同时也容易导致表面不均匀性和质量变差。
在制备阳极化液时，需要控制好温度，并在工艺实践中不断调整，找到最佳的温度条件。
在浸泡时间上，需要根据具体情况调整，一般情况下，较长的浸泡时间可以提高刻蚀深度和粗糙度，但也容易导致表面质量下降。
需要灵活控制浸泡时间，以达到较好的阳极化效果。
药剂浓度也需要谨慎控制，过高的浓度会加剧刻蚀速度，但同时也容易造成表面质量变差。
需要在生产实践中进行不断调整和优化。
我们需要进行阳极化后的表面处理。
阳极化后的铝合金表面通常会残留一定的刻蚀药剂，需要进行清洗和处理。
清洗是将阳极化后的铝合金表面置于清洗液中，以去除残留的刻蚀药剂和杂质。
清洗液的选择需要根据具体的阳极化液成分进行调整，以达到较好的清洗效果。
在清洗后，还可以选用化学或物理方法进行表面处理，以进一步提高其表面粗糙度和性能。
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化学刻蚀法制备铝合金超流水表面
一、实验原理
超流水表面是指固体表面上水的表现接触角超过150度的一种特殊表面现象，具有极好的疏水、排水及自洁功能。
人们对超疏水的认识主要来自对植物的表面分析，Barthlott和Neihuis通过对植物的叶表面的微结构观察。
认为自清洁特性是有表面上微结构的乳突以及表面承载的蜡状物共同引起的。
通过对植物的叶表面的分析，很多研究者展开了超疏水表面的研制，这些方法从两方面入手，一是在基体上构建粗糙结构；二是在粗糙表面上修饰地表面能物质。
二、实验步骤
把铝合金块依次在400和2000的打磨纸上打磨2分钟再依次用自来水、无水乙醇、蒸馏水在超声波洗涤器里面洗涤5分钟然后用镊子把铝合金块夹到表面皿上，放入干燥箱中干燥2小时。
配置Beck’s试剂（40ml 37%盐酸+12.5ml蒸馏水+2.5ml 40%氢氟酸）和Keler试剂（1.0ml氢氟酸+1.5ml 37%盐酸+2.5ml硝酸+95ml 蒸馏水）在磁力搅拌器里搅拌10分钟；再把干燥后的铝合金块分别用Beck’s试剂（反应5~15秒）和Keler试剂（反应10~30秒水浴50摄氏度）处理；再分别依次用自来水、无水乙醇、蒸馏水在超声洗涤器里洗涤在进行干燥；最后用硬脂酸（溶于无水乙醇1%~2%）修饰2小时；再用无水乙醇清洗，再室温干燥。
干燥后，对铝合金块的XRD、电镜、接触角、红外进行表征，分析实验结果。
三、控制因素
刻蚀时间、反应温度四、实验计划
样品用量
刻蚀时
间反应温度
Beck’s试剂：40ml 37%盐酸+12.5ml蒸馏水+2.5ml 40%氢氟酸5s
室温7s
9s
11s
13s
15s
5s
50℃水
浴
7s
9s
11s
13s
15s
五、表征
XRD 、电镜、接触角、红外
样品用量
刻蚀时间
反应温度
Keler 试剂：1.0ml 氢氟酸+1.5ml 37%盐酸+2.5ml 硝酸+95ml 蒸馏水
15s 室温
18s 21s
24s 27s
30s 15s 50℃水浴
18s 21s 24s 27s 30s。