一種獲得超疏水性鋁或鋁合金表面的表面處理方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)的獲得超疏水性鋁或鋁合金表面的表面處理方法，包括以下步驟：對(duì)鋁或鋁合金表面依次用去離子水、丙酮、乙醇、去離子水進(jìn)行清潔處理，得到潔凈的鋁或鋁合金表面；在潔凈的鋁或鋁合金表面形成粗糙的微米尺度表面形貌、納米尺度表面形貌或微米-納米復(fù)合尺度表面形貌。經(jīng)本發(fā)明方法處理的鋁或鋁合金表面，具有優(yōu)異的超疏水性，水滴的靜態(tài)接觸角可達(dá)150°以上，接觸角滯后10°以下，本發(fā)明適用于制冷設(shè)備與空氣源熱泵等設(shè)備中蒸發(fā)器的鋁或鋁合金配件、鋁合金門窗、車船飛行器鋁合金零配件以及其他鋁或者鋁合金部件表面的超疏水化處理，尤其適用于需要對(duì)冷凝水滴甚至冷凝微米水滴超疏的鋁或鋁合金表面的超疏水化處理。
【專利說(shuō)明】一種獲得超疏水性鋁或鋁合金表面的表面處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬表面處理方法，具體涉及一種獲得超疏水性鋁或鋁合金表面的表面處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]水對(duì)材料表面的潤(rùn)濕性與材料表面的物理結(jié)構(gòu)以及化學(xué)性質(zhì)有關(guān)。一般意義上的超疏水性指的是室溫下的材料表面，對(duì)室溫下的水滴是超疏的，水滴在材料表面的靜態(tài)接觸角150°以上，接觸角滯后10°以下。然而，有研究表明，隨著材料表面溫度的下降，其超疏水性能會(huì)逐漸下降，當(dāng)溫度降低至零度以下后，其超疏水性能甚至?xí)适А?duì)于冷凝水滴，尤其是對(duì)于尺度更小的冷凝微米水滴，一般的超疏水表面更加不具有超疏水性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種獲得超疏水性鋁或鋁合金表面的表面處理方法，經(jīng)該方法處理的鋁或鋁合金表面不僅對(duì)室溫下的水滴具有超疏水性，而且對(duì)冷凝水滴，甚至冷凝微米水滴同樣具有超疏水性。水滴的靜態(tài)接觸角150°以上，接觸角滯后10°以下。
[0004]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為:一種獲得超疏水性鋁或鋁合金表面的表面處理方法，包括以下步驟:
1)預(yù)處理:對(duì)鋁或鋁 合金表面依次用去離子水、丙酮、乙醇、去離子水進(jìn)行清潔處理，除去表面的油污和雜質(zhì)，得到潔凈的鋁或鋁合金表面；
2)形貌處理:在潔凈的鋁或鋁合金表面形成粗糙的微米尺度表面形貌、納米尺度表面形貌或微米-納米復(fù)合尺度表面形貌，所述的微米尺度表面形貌由多個(gè)微米尺度的孔洞組成，所述的納米尺度表面形貌由多個(gè)納米尺度的孔洞或顆粒組成，所述的微米-納米復(fù)合尺度表面形貌由多個(gè)微米尺度的孔洞和多個(gè)納米尺度的孔洞或顆粒組成。
[0005]上述清潔處理可以為擦拭、沖洗、浸泡、超聲清洗中的一種或幾種方式。由多個(gè)孔洞有規(guī)律排列、重疊或交叉組成的孔洞陣列和/或由多個(gè)孔洞無(wú)規(guī)律排列、重疊或交叉組成的孔洞陣列構(gòu)成微米尺度表面形貌?？锥吹臋M向切面形狀包括但不限于正方形、長(zhǎng)方形、圓形、橢圓形、半圓形、扇形、三角形、多邊形、多角形以及其他不規(guī)則圖形，優(yōu)選為正方形、圓形、或三角形；孔洞的縱向切面形狀包括但不限于正方形、長(zhǎng)方形、半圓形、扇形、三角形以及其他不規(guī)則圖形，優(yōu)選為正方形、長(zhǎng)方形或半圓形。
[0006]優(yōu)選地，在步驟2)的形貌處理后包括表面修飾處理的步驟:通過(guò)化學(xué)氣相沉積或者溶液修飾的方式，將疏水分子自組裝到具有粗糙的表面形貌的鋁或鋁合金表面，所述的疏水分子為全氟硅烷或全氟燒烴；所述的溶液修飾為:將招或招合金置于全氟硅烷溶液或全氟烷烴溶液中l(wèi)mirT24h后，取出鋁或鋁合金，沖洗后干燥，所述的全氟硅烷溶液由全氟硅烷溶解于乙醇、異丙醇、甲苯、二甲苯、己烷和石油醚中的一種或幾種中得到，所述的全氟烷烴溶液由全氟烷烴溶解于乙醇、異丙醇、甲苯、二甲苯、己烷和石油醚中的一種或幾種中得到。
[0007]優(yōu)選地，在表面修飾處理后還包括表面覆膜的步驟:將有機(jī)硅樹(shù)脂涂覆到鋁或鋁合金表面固化成膜，所述的固化成膜包括室溫固化成膜、加熱固化成膜、光固化成膜、潮氣固化成膜中的一種或幾種。
[0008]優(yōu)選地，在步驟2)的形貌處理后包括表面覆膜的步驟:將有機(jī)硅樹(shù)脂涂覆到鋁或鋁合金表面固化成膜，所述的固化成膜包括室溫固化成膜、加熱固化成膜、光固化成膜、潮氣固化成膜中的一種或幾種。
[0009]優(yōu)選地，所述的形貌處理包括激光加工處理和/或納米結(jié)構(gòu)化處理，通過(guò)所述的激光加工處理在鋁或鋁合金表面形成多個(gè)微米尺度的孔洞，通過(guò)所述的納米結(jié)構(gòu)化處理在鋁或鋁合金表面形成多個(gè)納米尺度的孔洞或顆粒，通過(guò)所述的激光加工處理和所述的納米結(jié)構(gòu)化處理在鋁或鋁合金表面形成多個(gè)微米尺度的孔洞和多個(gè)納米尺度的孔洞或顆粒。
[0010]優(yōu)選地，所述的納米結(jié)構(gòu)化處理為化學(xué)刻蝕或真空蒸鍍。
[0011]優(yōu)選地，所述的化學(xué)刻蝕處理為:將鋁或鋁合金置于4(T10(TC的水中或者濃度為0-30%的堿溶液中反應(yīng)lmirT2h，在鋁或鋁合金表面形成多個(gè)納米尺度的孔洞；所述的真空蒸鍍處理為:將鋁或鋁合金在真空中進(jìn)行蒸發(fā)或升華，在鋁或鋁合金表面析出得到多個(gè)納米尺度的顆粒。上述堿溶液可以為氫氧化鈉和/或氫氧化鉀溶液。
[0012]優(yōu)選地，所述的微米尺度的孔洞的孔徑為flOOMffl、孔洞的深度為相鄰兩個(gè)孔洞之間的中心距為llOOMffl，所述的納米尺度的孔洞或顆粒的尺度為f500nm。激光加工處理加工出的孔洞的形狀和大小相對(duì)來(lái)說(shuō)可控性較好；納米結(jié)構(gòu)化處理得到的納米尺度的孔洞的形狀不太規(guī)整，僅能控制其整體尺度。
[0013]優(yōu)選地，所述的微米尺度的孔洞的孔徑為2~50Mffl、孔洞的深度為5~20Mffl、相鄰兩個(gè)孔洞之間的中心距為l(T100Mffl，所述的納米尺度的孔洞或顆粒的尺度為f300nm。
[0014]優(yōu)選地，所述的微米尺度的孔洞的孔徑為5~20Mffl、孔洞的深度為5~15Mffl、相鄰兩個(gè)孔洞之間的中心距為2(T50Mffl，所述的納米尺度的孔洞或顆粒的尺度為f200nm。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
(I)超疏水性能優(yōu)異:經(jīng)本發(fā)明方法處理的鋁或鋁合金表面，具有優(yōu)異的超疏水性，不僅對(duì)普通水滴具有超疏水性，對(duì)冷凝微米水滴也同樣具有超疏水性，水滴的靜態(tài)接觸角可達(dá)150°以上，接觸角滯后10°以下。
[0016](2)適用范圍廣:本發(fā)明表面處理方法適用于制冷設(shè)備與空氣源熱泵等設(shè)備中蒸發(fā)器的鋁或鋁合金配件、鋁合金門窗、車船飛行器鋁合金零配件以及其他鋁或者鋁合金部件表面的超疏水化處理，尤其適用于需要對(duì)冷凝水滴甚至冷凝微米水滴超疏的鋁或鋁合金表面的超疏水化處理。
【具體實(shí)施方式】
[0017]以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。 [0018]實(shí)施例1的鋁試樣的表面處理方法，包括以下步驟:
1)預(yù)處理:將鋁試樣依次在去離子水、丙酮、乙醇、去離子水中進(jìn)行超聲清潔處理，除去表面雜質(zhì)、油污等，得到潔凈的鋁試樣；
2)形貌處理:包括激光加工處理和納米結(jié)構(gòu)化處理:激光加工處理:采用激光加工處理在鋁試樣的表面加工出多個(gè)圓形的微米尺度的孔洞,孔徑約為50Mm、孔洞的深度為l(T25Mm、相鄰兩個(gè)孔洞之間的中心距為f200Mm ；
納米結(jié)構(gòu)化處理:將激光加工處理后的鋁試樣置于沸水中處理lOmin，在鋁試樣的表面形成多個(gè)納米尺度的孔洞；
經(jīng)過(guò)上述形貌處理后的鋁試樣具有微米-納米復(fù)合尺度表面形貌；
3)表面修飾處理:將形貌處理后的鋁試樣通過(guò)化學(xué)氣相沉積的方式，在40°C溫度下，在具有微米-納米復(fù)合尺度表面形貌的鋁試樣表面自組裝疏水分子十七氟癸基三甲氧基硅烷;
4)表面覆膜:將有機(jī)硅樹(shù)脂的乙醇溶液與固化劑混合均勻后，涂覆到經(jīng)疏水修飾的鋁試樣表面，再將鋁試樣置于60°C的烘箱中加熱固化2h，得到對(duì)冷凝微米水滴超疏的實(shí)施例1的鋁試樣。對(duì)實(shí)施例1的鋁試樣進(jìn)行冷凝水滴靜態(tài)接觸角測(cè)試，測(cè)得的冷凝水滴靜態(tài)接觸角為151°，接觸角滯后為9°。可見(jiàn)，該鋁試樣的表面對(duì)冷凝微米水滴具有超疏水性，必然對(duì)普通水滴具有超疏水性，具有優(yōu)異的超疏水性。
[0019]實(shí)施例2的鋁試樣的表面處理方法，包括以下步驟:
1)預(yù)處理:將鋁試樣依次在去離子水、丙酮、乙醇、去離子水中進(jìn)行超聲清潔處理，除去表面雜質(zhì)、油污等，得到潔凈的鋁試樣；
2)形貌處理:包括激光加工處理和納米結(jié)構(gòu)化處理:
激光加工處理:采用激光加工處理在鋁試樣的表面加工出多個(gè)圓形的微米尺度的孔洞，孔徑約為20Mm、孔洞的深度為5~20Mm、相鄰兩個(gè)孔洞之間的中心距為2(T100Mm ；
納米結(jié)構(gòu)化處理:采用真空蒸鍍的方式，將鋁試樣在真空中進(jìn)行蒸發(fā)，在鋁試樣表面析出得到納米尺度的鋁顆粒，從而鋁試樣具有納米尺度表面形貌；
經(jīng)過(guò)上述形貌處理后的鋁試樣具有微米-納米復(fù)合尺度表面形貌；
3)表面修飾處理:將形貌處理后的鋁試樣通過(guò)化學(xué)氣相沉積的方式，在真空條件下，在具有微米-納米復(fù)合尺度表面形貌的鋁試樣表面自組裝疏水分子十七氟癸基三乙氧基硅燒;
4)表面覆膜:將有機(jī)硅樹(shù)脂的乙醇溶液與固化劑混合均勻后，以旋涂的方式覆在經(jīng)疏水修飾的鋁試樣表面，再將鋁試樣置于60°C的烘箱中加熱固化2h，得到對(duì)冷凝微米水滴超疏的實(shí)施例2的鋁試樣。對(duì)實(shí)施例2的鋁試樣進(jìn)行冷凝水滴靜態(tài)接觸角測(cè)試，測(cè)得的冷凝水滴靜態(tài)接觸角為155°，接觸角滯后為7°。
[0020]實(shí)施例3的鋁試樣的表面處理方法，包括以下步驟:
1)預(yù)處理:將鋁試樣依次在去離子水、丙酮、乙醇、去離子水中進(jìn)行超聲清潔處理，除去表面雜質(zhì)、油污等，得到潔凈的鋁試樣；
2)形貌處理:納米結(jié)構(gòu)化處理:將激光加工處理后的鋁試樣置于沸水中處理15min，在鋁試樣的表面形成多個(gè)納米尺度的孔洞；
3)表面覆膜:將含氟有機(jī)硅樹(shù)脂的乙醇溶液與固化劑混合均勻后，涂覆到具有納米尺度表面形貌的鋁試樣表面，室溫固化成膜，得到對(duì)冷凝微米水滴超疏的實(shí)施例3的鋁試樣。對(duì)實(shí)施例3的鋁試樣進(jìn)行冷凝水滴靜態(tài)接觸角測(cè)試，測(cè)得的冷凝水滴靜態(tài)接觸角為150°，接觸角滯后為10°。
[0021]實(shí)施例4的鋁試樣的表面處理方法，包括以下步驟:1)預(yù)處理:將鋁試樣依次在去離子水、丙酮、乙醇、去離子水中進(jìn)行超聲清潔處理，除去表面雜質(zhì)、油污等，得到潔凈的鋁試樣；
2)形貌處理:包括激光加工處理和納米結(jié)構(gòu)化處理:
激光加工處理:采用激光加工處理在鋁試樣的表面加工出多個(gè)圓形的微米尺度的孔洞，孔徑約為25Mm、孔洞的深度為l(T20Mffl、相鄰兩個(gè)孔洞之間的中心距為HOMffl ；
納米結(jié)構(gòu)化處理:將激光加工處理后的鋁試樣置于濃度為2%的氫氧化鈉溶液中加熱至60°C反應(yīng)lOmin，在鋁試樣的表面形成微米-納米復(fù)合尺度的多個(gè)孔洞；
經(jīng)過(guò)上述形貌處理后的鋁試樣具有微米-納米復(fù)合尺度表面形貌；
3)表面修飾處理:將形貌處理后的鋁試樣通過(guò)溶液修飾的方式，將鋁試樣置于全氟硅烷的環(huán)己烷溶液中8h后，取出鋁試樣，用環(huán)己烷沖洗后干燥，在具有微米-納米復(fù)合尺度表面形貌的鋁試樣表面自組裝得到疏水分子十七氟癸基三甲氧基硅烷，得到對(duì)冷凝微米水滴超疏的實(shí)施例4的鋁試樣。對(duì)實(shí)施例4的鋁試樣進(jìn)行冷凝水滴靜態(tài)接觸角測(cè)試，測(cè)得的冷凝水滴靜態(tài) 接觸角為152° ,接觸角滯后為9°。
【權(quán)利要求】
1.一種獲得超疏水性鋁或鋁合金表面的表面處理方法，其特征在于包括以下步驟: 1)預(yù)處理:對(duì)鋁或鋁合金表面依次用去離子水、丙酮、乙醇、去離子水進(jìn)行清潔處理，除去表面的油污和雜質(zhì)，得到潔凈的鋁或鋁合金表面； 2)形貌處理:在潔凈的鋁或鋁合金表面形成粗糙的微米尺度表面形貌、納米尺度表面形貌或微米-納米復(fù)合尺度表面形貌，所述的微米尺度表面形貌由多個(gè)微米尺度的孔洞組成，所述的納米尺度表面形貌由多個(gè)納米尺度的孔洞或顆粒組成，所述的微米-納米復(fù)合尺度表面形貌由多個(gè)微米尺度的孔洞和多個(gè)納米尺度的孔洞或顆粒組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種獲得超疏水性鋁或鋁合金表面的表面處理方法，其特征在于在步驟2)的形貌處理后包括表面修飾處理的步驟:通過(guò)化學(xué)氣相沉積或者溶液修飾的方式，將疏水分子自組裝到具有粗糙的表面形貌的鋁或鋁合金表面，所述的疏水分子為全氟硅烷或全氟烷烴；所述的溶液修飾為:將鋁或鋁合金置于全氟硅烷溶液或全氟烷烴溶液中l(wèi)mirT24h后，取出鋁或鋁合金，沖洗后干燥，所述的全氟硅烷溶液由全氟硅烷溶解于乙醇、異丙醇、甲苯、二甲苯、己烷和石油醚中的一種或幾種中得到，所述的全氟烷烴溶液由全氟烷烴溶解于乙醇、異丙醇、甲苯、二甲苯、己烷和石油醚中的一種或幾種中得到。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種獲得超疏水性鋁或鋁合金表面的表面處理方法，其特征在于在表面修飾處理后還包括表面覆膜的步驟:將有機(jī)硅樹(shù)脂涂覆到鋁或鋁合金表面固化成膜，所述的固化成膜包括室溫固化成膜、加熱固化成膜、光固化成膜、潮氣固化成膜中的一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種獲得超疏水性鋁或鋁合金表面的表面處理方法，其特征在于在步驟2)的形貌處 理后包括表面覆膜的步驟:將有機(jī)硅樹(shù)脂涂覆到鋁或鋁合金表面固化成膜，所述的固化成膜包括室溫固化成膜、加熱固化成膜、光固化成膜、潮氣固化成膜中的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1~4中任一項(xiàng)所述的一種獲得超疏水性鋁或鋁合金表面的表面處理方法，其特征在于所述的形貌處理包括激光加工處理和/或納米結(jié)構(gòu)化處理，通過(guò)所述的激光加工處理在鋁或鋁合金表面形成多個(gè)微米尺度的孔洞，通過(guò)所述的納米結(jié)構(gòu)化處理在鋁或鋁合金表面形成多個(gè)納米尺度的孔洞或顆粒，通過(guò)所述的激光加工處理和所述的納米結(jié)構(gòu)化處理在鋁或鋁合金表面形成多個(gè)微米尺度的孔洞和多個(gè)納米尺度的孔洞或顆粒。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種獲得超疏水性鋁或鋁合金表面的表面處理方法，其特征在于所述的納米結(jié)構(gòu)化處理為化學(xué)刻蝕或真空蒸鍍。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種獲得超疏水性鋁或鋁合金表面的表面處理方法，其特征在于所述的化學(xué)刻蝕處理為:將鋁或鋁合金置于4(T10(TC的水中或者濃度為0-30%的堿溶液中反應(yīng)lmirT2h，在鋁或鋁合金表面形成多個(gè)納米尺度的孔洞；所述的真空蒸鍍處理為:將鋁或鋁合金在真空中進(jìn)行蒸發(fā)或升華，在鋁或鋁合金表面析出得到多個(gè)納米尺度的顆粒。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 ~4中任一項(xiàng)所述的一種獲得超疏水性鋁或鋁合金表面的表面處理方法，其特征在于所述的微米尺度的孔洞的孔徑為1~100um孔洞的深度為1~50μπι、相鄰兩個(gè)孔洞之間的中心距為llOOMffl，所述的納米尺度的孔洞或顆粒的尺度為f500nm。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種獲得超疏水性鋁或鋁合金表面的表面處理方法，其特征在于所述的微米尺度的孔洞的孔徑為2~50Mffl、孔洞的深度為5~20Mffl、相鄰兩個(gè)孔洞之間的中心距為l(TlOOMffl，所述的納米尺度的孔洞或顆粒的尺度為f300nm。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種獲得超疏水性鋁或鋁合金表面的表面處理方法，其特征在于所述的 微米尺度的孔洞的孔徑為5~20Mffl、孔洞的深度為5~15Mm、相鄰兩個(gè)孔洞之間的中心距為2(T50Mffl，所述的納米尺度的孔洞或顆粒的尺度為l~200nm。
【文檔編號(hào)】C23C16/44GK103993320SQ201410222613
【公開(kāi)日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年5月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月26日
【發(fā)明者】王健君, 呂健勇, 邵永明, 邵文義 申請(qǐng)人:寧波諾沃新材料科技有限公司