一種金屬自清潔、耐磨損表面處理液及制備方法及其應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料表面處理技術領域，具體涉及一種金屬自清潔、耐磨損表面處理液及制備方法，以及基于此處理液的金屬自清潔、耐磨損表面的構筑方法。
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【背景技術】
[0003]金屬材料廣泛應用于國民經濟的各個領域。但除鉑、金等貴金屬材料外，大多數(shù)金屬材料化學性質活潑，在應用時極易發(fā)生刮擦、磨損及腐蝕。金屬表面的耐磨損、自清潔功能對于有效抑制金屬的刮擦、磨損及腐蝕，提高其服役質量、延長其使用壽命具有重要意義。對于金屬自清潔表面的構筑，目前已經有一些專利，如CN 101440510AXN 101935859A、CN 103952732A，等等。這類表面不僅可以有效防止雨水及塵土的大量沉積對金屬造成的腐蝕破壞，還由于其超疏水性(即與水的接觸角大于150° )因此可以降低金屬材料與水、溶液等介質直接接觸的機會，對于改善金屬材料的防護性能具有較大促進作用。但目前金屬超疏水自清潔表面的構筑方法比較復雜、通常需要多個步驟，很多時候還需要專用儀器設備如電源、電化學工作站等，并且由于需要通電因此還會對工件形狀、尺寸等有較為嚴格的限制；特別是，目前的金屬超疏水自清潔表面由于不耐磨損，在外力刮擦、磨損情況下，疏水性能下降嚴重，極易失去其自清潔功能。由此可見，發(fā)展簡便的方法實現(xiàn)金屬自清潔、耐磨損表面的構筑對于金屬的應用具有重要作用。
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【發(fā)明內容】

[0005]針對現(xiàn)有技術存在的困難和問題，本發(fā)明的目的是提供一種金屬自清潔、耐磨損表面處理液及制備方法，以及基于此處理液的構筑金屬自清潔、耐磨損表面的構筑方法。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:一種金屬自清潔、耐磨損表面處理液，其特征在于，由無水乙醇、低表面能物質、膠粘劑、氧化鋁粉末和氧化鈰粉末按如下比例配制而成；
所述無水乙醇為溶劑，以IL計；
所述低表面能物質含量為5~10 g/L ；
所述膠粘劑含量為8~12 g/L ；
所述氧化鋁粒徑約為30納米，含量為6~14 g/L ;
所述氧化鈰粒徑約為2微米，含量為2~10 g/L。
[0007]進一步，所述低表面能物質為十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷或十三氟辛基三甲氧基硅烷；所述膠粘劑為聚四氟乙烯或聚偏二氟乙烯。
[0008]本發(fā)明還提供所述金屬自清潔、耐磨損表面處理液的制備方法，按上述配方，其制備步驟包括:
將所述低表面能物質及膠粘劑加入無水乙醇中，超聲攪拌0.5~1小時，然后添加氧化鋁和氧化鈰粉末，繼續(xù)超聲攪拌1~2小時，即得處理液。
[0009]另外，本發(fā)明還提供一種金屬自清潔、耐磨損表面處理液的應用，即金屬自清潔、耐磨損表面的構筑方法，包括以下步驟:
①將上述方法配制所得處理液均勻噴涂到清潔的金屬工件表面；
②將金屬工件于50~80°C下烘干1~2小時，即得金屬自清潔、耐磨損表面；
所述噴涂處理中處理液體積與金屬工件處理部分面積的比例為IL:50m2。
[0010]所述金屬為鎂、鋁、鋅、銅、鎳、鈦、鋯及其合金或鋼鐵材料。
[0011]相比現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有如下有益效果:
1、本發(fā)明處理液采用納米氧化鋁和微米氧化鈰既可在金屬表面形成特定的微/納結構為后續(xù)實現(xiàn)表面的超疏水、自清潔奠定基礎，且又可增強表面的耐磨性；作為膠粘劑材料的聚四氟乙烯或聚偏二氟乙烯不僅可增強處理液對金屬的粘附能力，還具有低表面能及抗磨的特點；作為低表面能物質的十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷或十三氟辛基三甲氧基硅烷對金屬表面具有疏水化作用可以賦予表面自清潔功能?；谏鲜龇矫婵梢猿晒嬛郧鍧?、耐磨損的金屬表面。
[0012]2、本發(fā)明所述金屬自清潔、耐磨損表面處理液的制備方法操作方便，便于實施和控制，并且綠色環(huán)保。
[0013]3、本發(fā)明提供所述金屬自清潔、耐磨損表面處理液的應用，即金屬自清潔、耐磨損表面的構筑方法，所構筑的金屬表面兼具自清潔和耐磨損功能，克服了目前金屬超疏水自清潔表面不耐磨損、極易失去自清潔功能的缺陷。本發(fā)明的金屬自清潔、耐磨損表面的構筑方法只采用簡單的噴涂處理，克服了目前金屬超疏水自清潔表面構筑方法復雜、通常需要多個步驟、很多時候還需要專用儀器設備的限制；本發(fā)明方法具有工藝簡單、操作方便、綠色環(huán)保、易于大規(guī)模工業(yè)化處理等特點。
[0014]4、本發(fā)明方法適用范圍廣:不僅適用于鎂、鋁、鋅、銅、鎳、鈦、鋯及其合金和鋼鐵等各種金屬材料，還可用于陶瓷、織物、紙張、玻璃等多種材料的表面處理。
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【具體實施方式】
[0016]將金屬或合金加工成規(guī)格為5CmX5CmX0.3cm的工件，用砂紙打磨至表面光滑平整，用水沖洗后在無水乙醇中超聲清洗2~3分鐘，得到表面清潔的工件。
[0017]實施例1:
AZ31鎂合金自清潔、耐磨損表面的構筑，具體步驟如下:
①配置自清潔、耐磨損表面處理液:將5g十三氟辛基三甲氧基硅烷及1g聚四氟乙烯加入IL無水乙醇中，超聲攪拌0.5小時，然后添加6g氧化銷和4g氧化鐘粉末，繼續(xù)超聲攪拌I小時，即得處理液；
②噴涂和固化:將①中的處理液均勻噴涂到清潔的AZ31鎂合金工件表面，將工件于60°C下烘干2小時，即得AZ31鎂合金自清潔、耐磨損表面；
所述氧化鋁粒徑約為30納米(其他實施例同)；
所述氧化鈰粒徑約為2微米(其他實施例同)；
所述噴涂處理中處理液體積與金屬工件處理部分面積的比例為lL:50m2 (其他實施例同)。
[0018]金屬表面自清潔和耐磨損能力的檢驗步驟如下(其他實施例同):
a.自清潔能力檢驗水滴在金屬工件表面的靜態(tài)接觸角和滾動角是衡量金屬表面自清潔能力的重要指標，靜態(tài)接觸角大于150°、滾動角小于10°的超疏水表面被認為具有自清潔能力，且靜態(tài)接觸角越大、滾動角越小的表面自清潔效果越好。本發(fā)明采用德國Dataphysics 0CA20視頻光學接觸角測量儀測量水滴在金屬工件表面的靜態(tài)接觸角和滾動角、用于評價表面的自清潔能力。
[0019]b.耐磨損能力檢驗摩擦磨損試驗具體作法為:將100#金相砂紙平鋪在桌面上，金屬工件一面接觸砂紙(該面為工作面)，另一面壓上100 g的砝碼，橫、縱向拖動砝碼各50次，得到摩擦磨損樣品。采用德國Dataphysics 0CA20視頻光學接觸角測量儀測量水滴在摩擦磨損樣品工作面的靜態(tài)接觸角和滾動角，相比于新構筑表面的靜態(tài)接觸角和滾動角變化小于5°且表面仍具有自清潔功能則認為表面具有耐磨損能力。
[0020]檢驗結果:水滴在所構筑的AZ31鎂合金表面的靜態(tài)接觸角為154°、滾動角為4°，表面具備自清潔能力；經摩擦磨損試驗后，靜態(tài)接觸角為153°、滾動角為4°，表面具有耐磨損能力。
[0021]實施例2:
7075鋁合金自清潔、耐磨損表面的構筑，具體步驟如下:
①配置自清潔、耐磨損表面處理液:將Sg十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷及12g聚偏二氟乙烯加入IL無水乙醇中，超聲攪拌I小時，然后添加Sg氧化鋁和6g氧化鈰粉末，繼續(xù)超聲攪拌2小時，即得處理液；
②噴涂和固化:將①中的處理液均勻噴涂到清潔的7075鋁合金工件表面，將工件于80°C下烘干I小時，即得7075鋁合金自清潔、耐磨損表面；
檢驗