一種鋁合金不修飾的仿生超疏水、低粘附表面的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋁合金材料表面仿生超疏水技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鋁合金不修飾的仿生超疏水、低粘附表面的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]具有超疏水、低粘附特性的鋁合金功能表面，可以讓水滴與油污等液體不浸潤、不粘附、易流動滾落，具有自清潔、防水、防油、防凍粘、防腐蝕、減阻、無損失液體輸送等特性，這不僅在人們?nèi)粘Ｉ钣闷分芯哂芯薮蟮膽?yīng)用前景，例如炊具、廚具、潔具等，在航空、航天、航海、交通、能源、國防等多個領(lǐng)域亦具有非常高的應(yīng)用價值，如飛機(jī)、汽車、衛(wèi)星天線、散熱器、雷達(dá)的保潔表面，車輛內(nèi)飾件模具防粘表面，潛艇水體的減阻表面，石油化工領(lǐng)域內(nèi)壁修飾表面等，因此，隨著對疏水功能表面的需求越來越多，在具有高表面能的鋁合金或合金基體上構(gòu)建超疏水特性已成為一個新興領(lǐng)域和研究熱點(diǎn)。
[0003]目前，在鋁合金表面進(jìn)行超疏水處理的主要途徑包括:(I)在鋁合金表面構(gòu)筑粗糙結(jié)構(gòu)，使其表面由親水轉(zhuǎn)向疏水，再在粗糙結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上修飾低能物質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)超疏水；(2)直接使鋁合金與酸類物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，利用生成物的化學(xué)成分與特殊形態(tài)等實(shí)現(xiàn)超疏水;(3)直接在鋁合金表面施加涂層、鍍膜等，利用特殊的涂層、鍍膜材料實(shí)現(xiàn)超疏水。
[0004]現(xiàn)有方法的共性是都需要在工件表面進(jìn)行化學(xué)修飾，如采用化學(xué)刻蝕、陽化氧化、電鍍、涂敷、自組裝、溶膠-凝膠、模版法等，利用這些方法將低表面能材料修飾在工件表面，實(shí)現(xiàn)超疏水，這些制備超疏水表面技術(shù)的缺點(diǎn)是表面I旲易脫洛、穩(wěn)定性差、性能不持久、可控性弱、工藝復(fù)雜、成本高、環(huán)境不友好、不易推廣等。
[0005]自然界中許多生物表面呈現(xiàn)出優(yōu)異的自潔功能，如荷葉、水蓮葉、葦葉、竹葉、芋葉等植物葉片以及一些有翅昆蟲，如蝴蝶、蜻蜓、蟬、蛾等昆蟲翅膀皆具有自清潔功能，當(dāng)雨、雪、灰塵等污染物落在其表面上時，它們能進(jìn)行自我清潔，而人工清洗同等面積的表面卻要花費(fèi)幾倍的努力，通過對這些模本表觀幾何形態(tài)與數(shù)學(xué)分布關(guān)系分析發(fā)現(xiàn)，其葉片表面或翅膀表面普遍存在著宏觀或微觀幾何形態(tài)，它們由數(shù)個單元體組成，形狀有凸包形、凹坑形、條紋形、波紋形、網(wǎng)格形、錐形等，分布存在一定的數(shù)學(xué)關(guān)系，如均勻分布、運(yùn)算關(guān)系分布、隨機(jī)分布、分形分布等，這些特殊的幾何形態(tài)使其展現(xiàn)出了良好的超疏水特性與自潔功會K。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是解決上述現(xiàn)有鋁合金表面進(jìn)行超疏水處理方法是都需要在工件表面進(jìn)行化學(xué)修飾，鋁合金表面膜易脫落、穩(wěn)定性差、性能不持久、可控性弱、工藝復(fù)雜、成本高、污染環(huán)境、不易推廣等問題，而提供一種鋁合金不修飾的仿生超疏水、低粘附表面的制備方法。
[0007]本發(fā)明打破傳統(tǒng)采用化學(xué)修飾制備超疏水表面的研究理念，采用仿生學(xué)理念，提取具有超疏水特性的植物葉片表面幾何紋理與數(shù)學(xué)分布關(guān)系，不采用任何化學(xué)修飾，直接在鋁合金表面構(gòu)筑多尺度的仿生幾何紋理，應(yīng)用于鋁合金表面超疏水、低粘附制備技術(shù)中，實(shí)現(xiàn)植物葉片超疏水功能的工程仿生高效再現(xiàn)。
[0008]本發(fā)明的制備方法:
[0009]1、提取參數(shù):通過儀器提取具有超疏水特性的荷葉、葦葉、三葉草等植物葉片表面幾何結(jié)構(gòu)與數(shù)學(xué)分布規(guī)律等特征參數(shù)，包括仿生凸包紋理參數(shù)、仿生條紋紋理參數(shù)和仿生復(fù)式幾何紋理參數(shù)；
[0010]2、鋁合金基底處理:選取所需鋁合金原材料，將其加工成薄板，進(jìn)行拋光處理，去掉表面劃痕，并用無水乙醇清洗鋁基底；
[0011]3、電火花微納米線切割:通過電火花微納米線切割技術(shù)，在鋁合金基體的表面上加工凸包、條紋、網(wǎng)格、復(fù)式仿生幾何紋理。
[0012]所述原材料為6061招合金板，體積為1mm X 1mmX 2mm;
[0013]所述電火花微納米線切割是采用金馬DK7732型微納米線切割機(jī)床進(jìn)行幾何紋理加工，加工參數(shù)為:鉬絲直徑為0.12mm，切削液為JR3A乳液，脈寬為16ys，脈間為112ys，運(yùn)絲速度為50Hz。
[0014]所述仿生凸包紋理參數(shù)范圍:凸包直徑200μπι?2000μπι，深度300μπι?2000μπι，中心距為 I ΟΟμπι ?3000μηι ；
[0015]所述仿生條紋紋理參數(shù)范圍:條紋寬度ΙΟΟμπι?2000μπι，深度300μπι?2000μπι，中心距為 200μηι ?3000μηι;
[0016]所述仿生網(wǎng)格紋理參數(shù)范圍:網(wǎng)格尺寸200μπι?2000μπιΧ200μπι?2000μπι，網(wǎng)紋寬度 200μηι ?500μηι，網(wǎng)紋深度 300μηι ?I OOOym ；
[0017]所述仿生復(fù)式幾何紋理參數(shù)范圍:凸包與條紋規(guī)律性分布，每兩行條紋正中分布一行凸包，條紋寬度200μπι?500μπι，條紋深度300μπι?2000μπι，條紋中心距為100ym?3000μm，凸包官徑 200um ?800um，深度 300μηι ?2000μηι。
[0018]本發(fā)明的有益效果:
[0019]1、本發(fā)明將植物葉片表面幾何結(jié)構(gòu)與數(shù)學(xué)分布規(guī)律高效轉(zhuǎn)化到工程部件材料表面，不需要額外低表面能材料、不需要任何化學(xué)修飾、不需要其它復(fù)雜制備工藝與后處理工藝等，在鋁合金基底制備出一種超疏水、低粘附功能表面；
[0020]2、該方法與傳統(tǒng)化學(xué)刻蝕、陽化氧化、電鍍、涂敷、自組裝、溶膠-凝膠、模版法等制備仿生超疏水表面技術(shù)相比，方法簡便、綠色節(jié)能、減少環(huán)境污染、易于推廣；
[0021]3、該發(fā)明可在各種鋁合金與非鋁合金表面制備一定的幾何紋理，實(shí)現(xiàn)仿生超疏水、低粘附特性，同時，具有穩(wěn)定性好，不易失效，可長時間使用且后期維護(hù)方便。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明的荷葉表面(仿生凸包原型)掃描電子顯微鏡示意圖。
[0023]圖2是本發(fā)明的仿生凸包形樣件表面幾何特征示意圖。
[0024]圖3是本發(fā)明的仿生凸包形樣件及其與水滴的接觸角示意圖。
[0025]圖4是本發(fā)明的光滑鋁合金材料表面水滴動態(tài)彈跳模式示意圖。
[0026]圖5是本發(fā)明的仿生凸包形幾何表面水滴動態(tài)彈跳模式示意圖。
[0027]圖6是本發(fā)明的葦葉表面(仿生條紋原型)掃描電子顯微鏡示意圖。
[0028]圖7是本發(fā)明的仿生條紋形樣件表面幾何特性示意圖。
[0029]圖8是本發(fā)明的仿生條紋形樣件及其與水滴的接觸角示意圖。
[0030]圖9是本