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      一種超疏水多孔鋁合金材料及其制備方法

      文檔序號(hào):3376456閱讀:297來(lái)源:國(guó)知局
      專利名稱:一種超疏水多孔鋁合金材料及其制備方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及金屬材料處理技術(shù)領(lǐng)域,尤其是指一種超疏水多孔鋁合金材料及其制備方法。
      背景技術(shù)
      近年來(lái),超疏水表面(材料表面與水的接觸角大于150°,并且水滴在表面上有較小的滾動(dòng)角)引起了廣泛的研究興趣。由于液體在超疏水表面上的接觸面積非常小,可以有效地抑制表面氧化、腐蝕、霜凍、電流傳導(dǎo)等現(xiàn)象;另外,超疏水表面的水滴不能在表面穩(wěn)定停留,稍微傾斜表面便會(huì)從表面滾落而不留下任何痕跡,因此,超疏水表面在室外天線、外墻涂料、輪船、生物醫(yī)療器械、微流體、汽車擋風(fēng)玻璃等領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用前景。鋁合金是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一類有色金屬結(jié)構(gòu)材料,廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、機(jī)械制造、船舶及化學(xué)工業(yè)。具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、加工塑性、抗蝕性和較高的強(qiáng)度。然而,常用的鋁合金表面處理方法所獲得的金屬表面不具有自清潔性,容易被污染,超疏水鋁合金的制備成功將有助于提高鋁合金的應(yīng)用效率和范圍。要使鋁合金超疏水表面在實(shí)際工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及日常生活中真正使用,其制備工藝是關(guān)鍵,也是基礎(chǔ)。近年來(lái),發(fā)展了一些制備招合金超疏水表面的技術(shù),如化學(xué)氣相沉積法、電化學(xué)沉積法、聚電解質(zhì)交替沉積法、陽(yáng)極氧化法、等離子體法、化學(xué)蝕刻法等。然而,現(xiàn)有的這些方法要么使用昂貴的材料如表面能極低的氟化硅氧烷,要么需要特殊的加工設(shè)備如等離子加工設(shè)備或復(fù)雜的工藝過(guò)程,因 而成本較高,難以產(chǎn)業(yè)化,且生產(chǎn)的鋁合金超疏水表面與水的接觸角小于150° ,水滴在表面的滾動(dòng)角大于10° ,疏水性能不佳。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明在于針對(duì)目前超疏水多孔鋁合金材料疏水性能不佳、制造工藝設(shè)備復(fù)雜及成本較高的問(wèn)題,而提供解決以上問(wèn)題的一種超疏水多孔鋁合金材料及其制備方法。為達(dá)到上述目的,本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種超疏水多孔鋁合金材料,所述鋁合金材料表面為暗紅色,表面與水的接觸角在150° 166°之間,水滴在表面的滾動(dòng)角小于10°。一種如上所述的超疏水多孔鋁合金的制備方法,其特征在于,制備包括以下順序的工藝步驟:(I)將表面勻質(zhì)光滑的純鋁或鋁合金板材進(jìn)行機(jī)械磨光和拋光,去除表面缺陷和氧化膜,用去尚子水清洗5-35分鐘,并烘干;(2)用0.5-3mol/L鹽酸溶液浸泡板材5_25分鐘,并用去離子水清洗,烘干;(3)配制化學(xué)處理液為 0.015-0.4mol/L 的 Cu(NO3)2 與 0.8_5g/L 的 NaCl 混合溶液。然后將鋁板材浸入化學(xué)處理液中,反應(yīng)時(shí)間均為30-150分鐘,使其表面形成尖晶石型CuAl2O4納米晶,將反應(yīng)后的鋁板材用蒸餾水清洗并烘干或是自然干;(4)然后將鋁片放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2-3%的硬脂酸乙醇溶液中浸泡,時(shí)間為10-50分鐘,溫度為5-45°C,降低其表面自由能;(5)用適量無(wú)水乙醇清洗,取出再用清水沖凈,在相對(duì)濕度為60 75%,室溫大氣環(huán)境下干燥4-45小時(shí);即得所述的超疏水多孔鋁合金。所述步驟I中清洗時(shí)間為25分鐘。所述步驟2中鹽酸溶液濃度為2mol/L,浸泡時(shí)間為15分鐘。所述步驟3中Cu(NO3)2的濃度為0.2mol/L,NaCl的濃度為3g/L,反應(yīng)時(shí)間均為80分鐘。所述步驟4中的硬脂酸乙醇溶液的濃度為I %,浸泡時(shí)間為30分鐘,溫度為室溫
      25。。。所述步驟5中對(duì)濕度為65%,室溫大氣環(huán)境下干燥24小時(shí)。本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明的超疏水多孔鋁合金材料,為暗紅色,表面與水的接觸角在150° 166°之間,水滴在表面的滾動(dòng)角小于10° ,具有良好的疏水性;本發(fā)明的超疏水多孔鋁合金材料制備方法,制備方法操作工藝簡(jiǎn)單、重現(xiàn)性好、無(wú)需任何昂貴設(shè)備、也不需要復(fù)雜的化學(xué)處理過(guò)程,可在傳統(tǒng)工藝上進(jìn)行改進(jìn),成本低廉,具有很好的工業(yè)化應(yīng)用前景。


      圖1.本發(fā)明實(shí)施例1獲得的超疏水鋁合金表面的掃描電鏡2.本發(fā)明實(shí)施例1獲得的超疏水鋁合金表面與水的接觸角測(cè)試圖
      具體實(shí)施方式
      :實(shí)施例1首先,先將鋁合金板材進(jìn)行機(jī)械磨光和拋光,去除表面缺陷和氧化膜,用乙醇和去離子水分別清洗15分鐘。用2mol/L鹽酸溶液浸泡板材15分鐘,并用去離子水清洗,烘干;將0.lmol/L硝酸銅和4g/L氯化鈉混合并充分?jǐn)嚢柚瞥刹垡?;將鋁合金板材浸入30°C 40°C槽液中80分鐘,隨后用去尚子水充分清洗,并在爐溫80_100°C中干燥。在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為I %的硬脂酸乙醇溶液中浸泡30分鐘,在相對(duì)濕度為60 75%,室溫大氣環(huán)境下干燥24小時(shí),即可制備出鋁合金超疏水表面。用0CA20接觸角測(cè)試儀測(cè)試該涂層表面的潤(rùn)濕性,結(jié)果表明該表面與水的接觸角分別為160±2°和154±2°,如圖1所示,為本實(shí)施例超疏水鋁合金表面的掃描電鏡圖,圖2為本實(shí)施例超疏水鋁合金表面與水的接觸角測(cè)試圖。實(shí)施例2首先,先將純鋁板材料進(jìn)行機(jī)械磨光和拋光,去除表面缺陷和氧化膜,用乙醇和去離子水分別清洗5分鐘。用0.5mol/L鹽酸溶液浸泡板材25分鐘,并用去離子水清洗,烘干;將0.015mol/L硝酸銅和0.8g/L氯化鈉混合并充分?jǐn)嚢柚瞥刹垡?;將鋁板材料浸入30°C 40°C槽液中150分鐘,隨后用去尚子水充分清洗,并在爐溫80_100°C中干燥。在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為
      0.2%的硬脂酸乙醇溶液中浸泡50分鐘,在相對(duì)濕度為60 75%,室溫大氣環(huán)境下干燥45小時(shí),即可制備出鋁合金超疏水表面。用0CA20接觸角測(cè)試儀測(cè)試該涂層表面的潤(rùn)濕性,結(jié)果表明該表面與水的接觸角分別為162±2°和155±2°。實(shí)施例3
      首先,先將鋁合金板材進(jìn)行機(jī)械磨光和拋光,去除表面缺陷和氧化膜,用乙醇和去離子水分別清洗35分鐘。用3mol/L鹽酸溶液浸泡板材5分鐘,并用去離子水清洗,烘干;將
      0.2mol/L硝酸銅和5g/L氯化鈉混合并充分?jǐn)嚢柚瞥刹垡海粚X合金板材浸入30°C 40°C槽液中30分鐘,隨后用去尚子水充分清洗,并在爐溫80_100°C中干燥。在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的硬脂酸乙醇溶液中浸泡10分鐘,在相對(duì)濕度為60 75%,室溫大氣環(huán)境下干燥24小時(shí),即可制備出鋁合金超疏水表面。用0CA20接觸角測(cè)試儀測(cè)試該涂層表面的潤(rùn)濕性,結(jié)果表明該表面與水的接觸角分別為161±2°和154±2°。實(shí)施例4首先,先將鋁合金板材進(jìn)行機(jī)械磨光和拋光,去除表面缺陷和氧化膜,用乙醇和去離子水分別清洗25分鐘。用2mol/L鹽酸溶液浸泡板材15分鐘,并用去離子水清洗,烘干;將0.2mol/L硝酸銅和3g/ L氯化鈉混合并充分?jǐn)嚢柚瞥刹垡海粚X合金板材浸入30°C 40°C槽液中80分鐘,隨后用去尚子水充分清洗,并在爐溫80_100°C中干燥。在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為
      I%的硬脂酸乙醇溶液中浸泡30分鐘,在相對(duì)濕度為65%,室溫大氣環(huán)境下干燥28小時(shí),即可制備出鋁合金超疏水表面。用0CA20接觸角測(cè)試儀測(cè)試該涂層表面的潤(rùn)濕性,結(jié)果表明該表面與水的接觸角分別為163±2°和155±2°。以上所述實(shí)施例,只是本發(fā)明的較佳實(shí)例,并非來(lái)限制本發(fā)明實(shí)施范圍,故凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所述的構(gòu)造、特征及原理所做的等效變化或修飾,均應(yīng)包括于本發(fā)明專利申請(qǐng)范圍內(nèi)。
      權(quán)利要求
      1.一種超疏水多孔鋁合金材料,其特征在于:所述鋁合金材料表面為暗紅色,表面與水的接觸角在150° 166°之間,水滴在表面的滾動(dòng)角小于10°。
      2.一種如權(quán)利要求1所述的超疏水多孔鋁合金的制備方法,其特征在于,制備包括以下順序的工藝步驟: (1)將表面勻質(zhì)光滑的純鋁或鋁合金板材進(jìn)行機(jī)械磨光和拋光,去除表面缺陷和氧化膜,用去尚子水清洗5-35分鐘,并烘干; (2)用0.5-3mol/L鹽酸溶液浸泡板材5_25分鐘,并用去離子水清洗,烘干; (3)配制化學(xué)處理液為0.015-0.4mol/L的Cu(NO3)2與0.8_5g/L的NaCl混合溶液。然后將鋁板材浸入化學(xué)處理液中,反應(yīng)時(shí)間均為30-150分鐘,使其表面形成尖晶石型CuAl2O4納米晶,將反應(yīng)后的鋁板材用蒸餾水清洗并烘干或是自然干; (4)然后將鋁片放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2-3%的硬脂酸乙醇溶液中浸泡,時(shí)間為10-50分鐘,溫度為5-45°C,降低其表面自由能; (5)用適量無(wú)水乙醇清洗,取出再用清水沖凈,在相對(duì)濕度為60 75%,室溫大氣環(huán)境下干燥4-45小時(shí);即得所述的超疏水多孔鋁合金。
      3.根據(jù)權(quán)利要求2所述超疏水多孔鋁合金的制備方法,其特征在于,所述步驟I中清洗時(shí)間為25分鐘。
      4.根據(jù)權(quán)利要求2所述超疏水多孔鋁合金的制備方法,其特征在于,所述步驟2中鹽酸溶液濃度為2mol/L,浸泡時(shí)間為15分鐘。
      5.根據(jù)權(quán)利要求2所述超疏水多孔鋁合金的制備方法,其特征在于,所述步驟3中Cu(NO3)2的濃度為0.2mol/L, NaCl的濃度為3g/L,反應(yīng)時(shí)間均為80分鐘。
      6.根據(jù)權(quán)利要求2所述超疏水多孔鋁合金的制備方法,其特征在于,所述步驟4中的硬脂酸乙醇溶液的濃度為I %,浸泡時(shí)間為30分鐘,溫度為室溫25°C。
      7.根據(jù)權(quán)利要求2所述超疏水多孔鋁合金的制備方法,其特征在于,所述步驟5中對(duì)濕度為65%,室溫大氣環(huán)境下干燥24小時(shí)。
      全文摘要
      本發(fā)明涉及金屬材料處理技術(shù)領(lǐng)域,尤其是指一種超疏水多孔鋁合金材料及其制備方法;本發(fā)明的超疏水多孔鋁合金材料,為暗紅色,表面與水的接觸角在150°~166°之間,水滴在表面的滾動(dòng)角小于10°,具有良好的疏水性;本發(fā)明的超疏水多孔鋁合金材料制備方法,制備方法操作工藝簡(jiǎn)單、重現(xiàn)性好、無(wú)需任何昂貴設(shè)備、也不需要復(fù)雜的化學(xué)處理過(guò)程,可在傳統(tǒng)工藝上進(jìn)行改進(jìn),成本低廉,具有很好的工業(yè)化應(yīng)用前景。
      文檔編號(hào)C22C1/08GK103173644SQ201110433299
      公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月21日
      發(fā)明者陳洪, 吳若梅, 彭學(xué)軍 申請(qǐng)人:東莞市才智坊新材料有限公司
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