本發(fā)明涉及一種鋁合金表面的高效超疏水/抗腐蝕雙重功能涂層，屬于合金表面腐蝕防護。

背景技術(shù)：

1、鋁合金具有高強度、高機械性能、可使用性好、易于加工、耐磨性好等特點，廣泛應(yīng)用于航天航空工業(yè)，但由于鋁合金表面氧化膜薄，在海水中耐腐蝕性差，限制了其在海洋環(huán)境中的應(yīng)用。目前，最有效的方法是在鋁合金表面涂覆耐蝕性涂層。然而，傳統(tǒng)耐腐蝕性涂層長時間使用后，海水中的腐蝕介質(zhì)仍能滲透到涂層與金屬之間的界面而造成腐蝕，而且與海水的長時間接觸也會對金屬表面的涂層造成破壞，從而失去保護金屬基材的作用。

2、在金屬表面構(gòu)建具有超疏水特性的防腐涂層，能大大減小或阻止腐蝕介質(zhì)的浸入，因而可以進一步減緩金屬腐蝕，提高金屬部件的使用壽命。另外，超疏水涂層中存在的微納級粗糙結(jié)構(gòu)，其孔隙內(nèi)徑或縫隙間距很小，由于laplace壓力的作用，使得腐蝕介質(zhì)無法滲透到超疏水涂層的孔隙或縫隙中，從而有效提升涂層的耐腐蝕性能。如：“鋁合金微弧氧化復(fù)合疏水涂層構(gòu)建與抗腐蝕/輻射散熱性能”(王樹棋，沈陽，哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2021)，在鋁合金表面通過微弧氧化構(gòu)建的氧化鋁/石墨烯(al2o3/rgo)雙層結(jié)構(gòu)涂層，表面呈現(xiàn)為疏水性，接觸角為114.42°；“7050鋁合金疏水表面制備及耐腐蝕性能研究”(代衛(wèi)麗，商洛，商洛學(xué)院，2024)，用硬脂酸乙醇水溶液對7050鋁合金表面進行疏水處理，其接觸角為137.83°，經(jīng)過鹽酸刻蝕和硬脂酸修飾后的疏水7050鋁合金的自腐蝕電流密度下降了2個數(shù)量等級，自腐蝕電壓提高了0.075v，可看出材料的耐腐蝕性能得到了提高。

3、綜上，微弧氧化技術(shù)以及硬脂酸的摻入制備的涂層可以使合金表層具有疏水性和耐腐蝕性，但其性能仍有提升空間。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供一種鋁合金表面的高效超疏水/抗腐蝕雙重功能涂層，采用al2o3層作為內(nèi)層，確保與鋁合金基體良好的界面結(jié)合；以電化學(xué)沉積法制備的sio2/硬脂酸層作為外層，一方面外層的sio2能夠封填內(nèi)層al2o3的孔隙，一方面外層的硬脂酸確保外層具有超疏水性，所以該雙重功能涂層在鋁合金基體表面不僅具有高效的超疏水效果，還能對鋁合金基體起到長效的耐腐蝕效果。

2、本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。

3、一種鋁合金表面的高效超疏水/抗腐蝕雙重功能涂層，是由al2o3層和sio2/硬脂酸層形成的復(fù)合涂層結(jié)構(gòu)，al2o3層位于鋁合金基體與sio2/硬脂酸層之間；

4、sio2/硬脂酸層是采用電化學(xué)沉積法制備得到的，電化學(xué)沉積所采用的電解液中sio2與硬脂酸的摩爾濃度比為3.5:1～6:1。

5、進一步地，鋁合金基體選用7075鋁合金、2024鋁合金、5052鋁合金或6061鋁合金。

6、進一步地，al2o3層是采用微弧氧化技術(shù)制備得到的。

7、進一步地，采用微弧氧化技術(shù)制備al2o3層時，含有濃度為0.05～0.2mol/l的nano3和濃度為0.20～0.35mol/l的naoh的混合溶液作為電解質(zhì)溶液。

8、進一步地，采用微弧氧化技術(shù)制備al2o3層時，鋁合金基體作為陽極，通過高頻直流電源在陰陽兩極間施加110～140v電壓進行微弧氧化處理，微弧氧化處理時間更優(yōu)選80～110s，相應(yīng)地在鋁合金基體表面形成al2o3層。

9、進一步地，采用微弧氧化技術(shù)制備al2o3層時，微弧氧化處理完成后，將鋁合金基體置于50～90℃下真空干燥50～80min。

10、進一步地，采用電化學(xué)沉積法制備sio2/硬脂酸層時，電解液由sio2、硬脂酸、水、無水乙醇以及導(dǎo)電鹽配制而成，水與無水乙醇的體積比為1:1～2:1。

11、進一步地，電解液中sio2的摩爾濃度為0.09～0.36mol/l。

12、進一步地，導(dǎo)電鹽選用硝酸鋁，硝酸鋁在電解液中的濃度更優(yōu)選0.03～0.12mol/l。

13、進一步地，采用電化學(xué)沉積法制備sio2/硬脂酸層時，含有al2o3層的鋁合金基體作為陰極，在0.6～1.2v電壓下進行電化學(xué)沉積，電化學(xué)沉積時間更優(yōu)選10～25min，相應(yīng)地在al2o3層上形成sio2/硬脂酸層。

14、進一步地，采用電化學(xué)沉積法制備sio2/硬脂酸層時，電化學(xué)沉積完成后，將鋁合金基體置于60～90℃下固化30～75min。

15、有益效果：

16、(1)本發(fā)明采用微弧氧化技術(shù)在鋁合金基體表面制備al2o3層，形成的al2o3層能更加牢固地附著在基體表面，對耐腐蝕性能起到一定作用；同時，微弧氧化有利于形成致密的微孔結(jié)構(gòu)，而微孔結(jié)構(gòu)更有利于后續(xù)sio2/硬脂酸的滲入。另外，通過調(diào)控微弧氧化處理過程中的電壓、時間以及電解質(zhì)溶液濃度，能夠調(diào)控所形成的al2o3層的微觀組織結(jié)構(gòu)，進而調(diào)控所制備的al2o3層的耐腐蝕性能。

17、(2)本發(fā)明采用電化學(xué)沉積法制備sio2/硬脂酸層過程中，硬脂酸通過其表面活性劑效應(yīng)和潤濕作用，改善電解液對鋁合金基體表面的潤濕性和金屬離子的分布，部分的硬脂酸分子吸附在沉積層的表面且其疏水長鏈烴基朝向外側(cè)，形成一層疏水膜，可以降低沉積層表面自由能，使之具有超疏水性能；而sio2則通過填充沉積層中的孔隙并與金屬離子形成化學(xué)鍵合，形成致密的物理屏障，增強沉積層的抗腐蝕能力。

18、(3)本發(fā)明采用電化學(xué)沉積法制備sio2/硬脂酸層時，要嚴格控制sio2與硬脂酸的比例。雖然現(xiàn)有技術(shù)在鋁合金表面單獨引入硬脂酸能夠顯著改善其表面的疏水性能，但sio2與硬脂酸共同沉積時，二者配比不合適反而會降低硬脂酸對于疏水性能的改善效果。

19、(4)本發(fā)明采用電化學(xué)沉積法制備sio2/硬脂酸層時，采用水與無水乙醇作為混合溶劑，并調(diào)控二者的比例，有利于硬脂酸的溶解，形成狀態(tài)穩(wěn)定且混合均勻的sio2/硬脂酸均勻混合溶液，更有利于在電化學(xué)沉積過程中能夠形成均勻的sio2/硬脂酸層；電解液中加入導(dǎo)電鹽是為了改善其導(dǎo)電性，而采用硝酸鋁作為導(dǎo)電鹽，其在水中形成的硝酸根和鋁離子在沉積過程中對鋁合金基體的腐蝕影響極小；調(diào)控電沉積的電壓及時間，能夠調(diào)控形成的sio2/硬脂酸層的微觀組織結(jié)構(gòu)，進而調(diào)控sio2/硬脂酸層的耐腐蝕性能及疏水性能。

20、綜上所述，本發(fā)明所述的雙重功能涂層不僅具有高效的超疏水效果，還能對鋁合金基體起到長效的耐腐蝕效果，而且所采用的微弧氧化技術(shù)以及電化學(xué)沉積技術(shù)，制備方法操作簡單，反應(yīng)可控，重復(fù)性好。

技術(shù)特征：

1.一種鋁合金表面的高效超疏水/抗腐蝕雙重功能涂層，其特征在于：所述雙重功能涂層是由al2o3層和sio2/硬脂酸層形成的復(fù)合涂層結(jié)構(gòu)，al2o3層位于鋁合金基體與sio2/硬脂酸層之間；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋁合金表面的高效超疏水/抗腐蝕雙重功能涂層，其特征在于：鋁合金基體選用7075鋁合金、2024鋁合金、5052鋁合金或6061鋁合金。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋁合金表面的高效超疏水/抗腐蝕雙重功能涂層，其特征在于：al2o3層是采用微弧氧化技術(shù)制備得到的。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種鋁合金表面的高效超疏水/抗腐蝕雙重功能涂層，其特征在于：采用微弧氧化技術(shù)制備al2o3層時，含有濃度為0.05～0.2mol/l的nano3和濃度為0.20～0.35mol/l的naoh的混合溶液作為電解質(zhì)溶液。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種鋁合金表面的高效超疏水/抗腐蝕雙重功能涂層，其特征在于：采用微弧氧化技術(shù)制備al2o3層時，鋁合金基體作為陽極，通過高頻直流電源在陰陽兩極間施加110～140v電壓進行微弧氧化處理，微弧氧化處理時間為80～110s。

6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的一種鋁合金表面的高效超疏水/抗腐蝕雙重功能涂層，其特征在于：采用電化學(xué)沉積法制備sio2/硬脂酸層時，電解液由sio2、硬脂酸、水、無水乙醇以及導(dǎo)電鹽配制而成，水與無水乙醇的體積比為1:1～2:1。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種鋁合金表面的高效超疏水/抗腐蝕雙重功能涂層，其特征在于：電解液中sio2的摩爾濃度為0.09～0.36mol/l。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種鋁合金表面的高效超疏水/抗腐蝕雙重功能涂層，其特征在于：導(dǎo)電鹽選用硝酸鋁，硝酸鋁在電解液中的濃度為0.03～0.12mol/l。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種鋁合金表面的高效超疏水/抗腐蝕雙重功能涂層，其特征在于：采用電化學(xué)沉積法制備sio2/硬脂酸層時，含有al2o3層的鋁合金基體作為陰極，在0.6～1.2v電壓下進行電化學(xué)沉積，電化學(xué)沉積時間為10～25min。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋁合金表面的高效超疏水/抗腐蝕雙重功能涂層，其特征在于：采用電化學(xué)沉積法制備sio2/硬脂酸層時，電化學(xué)沉積完成后，將鋁合金基體置于60～90℃下固化30～75min。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種鋁合金表面的高效超疏水/抗腐蝕雙重功能涂層，屬于合金表面腐蝕防護技術(shù)領(lǐng)域。所述雙重功能涂層是由Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;層和SiO<subgt;2</subgt;/硬脂酸層形成的復(fù)合涂層結(jié)構(gòu)，Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;層位于鋁合金基體與SiO<subgt;2</subgt;/硬脂酸層之間；其中，采用Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;層作為內(nèi)層，確保與鋁合金基體良好的界面結(jié)合，而以電化學(xué)沉積法制備的SiO<subgt;2</subgt;/硬脂酸層作為外層，一方面外層的SiO<subgt;2</subgt;能夠封填內(nèi)層Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;的孔隙，一方面外層的硬脂酸確保外層具有超疏水性，所以該雙重功能涂層在鋁合金基體表面不僅具有高效的超疏水效果，還能對鋁合金基體起到長效的耐腐蝕效果。

技術(shù)研發(fā)人員：陳振宇,張玉平,楊瑩穎,鈕恩雪,喬可心,陳格菲,孫搏琰
受保護的技術(shù)使用者：煙臺大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10