一种在金属材料上制备疏水防腐表面的方法与流程

本发明属于腐蚀学领域，涉及一种表面处理方法，具体涉及一种在金属材料上制备的疏水防腐表面的方法。

背景技术：

1、金属材料加工、使用过程中不可避免的经受环境中腐蚀介质的考验。除常见自然环境中的大气腐蚀、海水腐蚀、土壤腐蚀等之外，金属材料在加工工序间往往因基材新鲜表面的暴露而面临腐蚀问题。为解决上述腐蚀问题，以往通常采用防腐蚀涂料、防锈油等方法，但这些方法存在挥发性有机物排放、后续维护过程繁琐、维护成本高以及增加后续处理工序与成本的弊端。与此相比，在金属材料上制备疏水或超疏水表面以实现自清洁、防腐等目的的方法受到越来越多的关注。

2、专利cn1053861010a公开了一种钢基耦合仿生自清洁表面及其制备方法，该方法制备的表面由下至上依次为：钢基层、喷砂层和沉积层。钢基体的具体处理方法包括预磨、抛光、喷砂电沉积ni、150℃热处理。喷砂层的表面粗糙度为60-80μm；沉积层的厚度为30-35μm，表面接触角为120°～150°。该方法采用机械微加工法和电沉积法耦合的方法使表面具有疏水性的自清洁功能。但该方法预磨环节需将基体依次在600目、800目、1000目、1500目和2000目的砂纸上进行打磨，操作繁琐。此外，电沉积ni过程为制备大面积试样带来了困难。

3、专利cn 109778137 a公开了一种碳钢复合材料及其制备方法和用途，其利用含有碳原子数为3～20并含有至少一个非碳非氢元素原子，且碳原子和非碳非氢元素的原子数量比为1.5:1～10:1的有机化合物为碳源，以碳钢基体为衬底进行化学气相沉积，得到一种表面均匀连续分布石墨烯膜层的碳钢复合材料，所述材料具有较强的耐腐蚀和疏水能力，能够用作耐腐蚀材料、防冰材料和/或疏水材料。该方法对碳钢的化学成分如镍元素的含量有限定，因此方法的适用性稍差；且在实施过程中需要对基材进行升温、恒温、降温等热处理，步骤繁琐、能耗较高；此外，化学气相沉积的方法同样限制了其在大尺寸试样上的应用。

4、专利cn 109881195 a公开了一种镁合金微纳超疏水耐蚀性膜的制备方法，该方法通过在一定浓度的8-羟基喹啉的乙醇溶液中调控浸泡时间来构建出合适的微纳结构膜层，然后对具有微纳结构的镁合金进行疏水处理，进而制备出微纳超疏水耐蚀性膜。该方法需先将镁合金基材依次经400目、600目、800目、1000目碳化硅砂纸打磨，随后超声清洗15～30min；处理时将基材在8-羟基喹啉的乙醇溶液浸泡8～10h，浸泡后的基材需在含有1h,1h,2h,2h-全氟辛基三乙氧基硅烷的溶液中进行疏水修饰，最后基材还需在80～120℃下干燥30～60min。该方法的处理过程繁琐、耗时长，不适用于疏水表面的高效制备。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有方法所存在的不足，提供一种在金属材料上制备的疏水防腐表面的方法。

2、为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

3、一种在金属材料上制备疏水防腐表面的方法，采用经过疏水修饰剂处理的砂粒对金属材料表面进行喷砂处理。喷嘴与试件表面垂直，喷砂处理过程中通过控制喷嘴与试件表面距离、喷砂时间、喷砂压力等参数获得不同粗糙度表面；通过调整疏水修饰剂组成及浓度控制试件表面疏水性能。砂粒与试件表面的碰撞在金属材料表面形成微结构，同时砂粒表面的疏水修饰剂通过碰撞附着在金属材料表面微结构内，从而一步实现对金属材料表面的清洁、粗化及疏水处理。

4、所述金属材料为钢、铜及铜合金、铝及铝合金、钛及钛合金等金属材料。

5、所述砂粒为棕刚玉或白刚玉，砂粒由两种不同粒度的砂粒混合而成，细粒度砂粒与粗粒度砂粒混合比例(质量比)为1:1～1:1.8。优选地，砂粒可以由粒度为25-35、40-50、55-65、75-85、100-140目的砂粒中的两种混合而成；更优选地，砂粒由粒度为30、46、60、80、120目的砂粒中的两种混合而成。大粒度砂粒与试样表面高速撞击后留下大尺寸撞击坑，小粒度砂粒与试样表面高度撞击后留下小尺度撞击坑，试件在不同粒度砂粒的共同作用下可形成多尺度的微细结构。

6、所述疏水修饰剂为脂肪酸，具体为十二烷酸、十四烷酸、十六烷酸、十八烷酸中的一种或两种。当疏水修饰剂由两种脂肪酸组成时，长链脂肪酸与短链脂肪酸比例(物质的量之比)为1：0.4～1：0.8。

7、所述疏水修饰剂对砂粒的处理方法，包括如下步骤：

8、(1)将疏水修饰剂溶于40℃～60℃无水乙醇中形成疏水修饰剂的无水乙醇溶液，疏水修饰剂浓度为0.05～0.1mol/l。

9、(2)将砂粒投入疏水修饰剂的无水乙醇溶液中，在200～300转/min搅拌条件下浸泡8～12h。疏水修饰剂的无水乙醇溶液中砂粒投入量不大于300g/l。

10、(3)浸泡结束后将含有砂粒的疏水修饰剂无水乙醇溶液降至室温，经过滤、自然晾干除去无水乙醇，得到经疏水修饰剂处理的砂粒。

11、所述喷嘴与试件表面距离为15cm～30cm。喷嘴与试件表面距离适当增大，可使砂粒获得足够的加速距离，从而使砂粒到达试样表面时具有足够的动能。但当喷嘴与试件表面距离过大时，砂粒在运动过程中由于空气阻力而动能减少，撞击到试样表面时动能不足，喷砂效果不佳。

12、所述喷砂时间为90s～150s。喷砂时间具体是指试样经喷砂达到在目测不放大情况下表面无氧化皮、锈、外来杂质等之后，继续进行喷砂处理的时间。喷砂时间不足会导致试样表面疏水修饰剂覆盖量不足，影响疏水效果。喷砂时间过长会导致试样表面的非必要损耗。

13、所述喷砂压力为0.35～0.55mpa。喷砂压力过低则砂粒无法获得足够动能，导致喷砂效果不佳；喷砂压力过高会造成砂粒破损和砂粒在试样表面残留的增加。

14、在对金属试样进行处理前，先将疏水修饰剂按比例溶于无水乙醇中，制成一定浓度的溶液，而后将按比例混合的砂粒投入上述疏水修饰剂的无水乙醇溶液中进行疏水修饰。将疏水修饰后的砂粒及待处理试样装入喷砂机，控制喷嘴与试样表面距离、喷砂时间、喷砂压力等参数，完成对试样的处理。

15、本发明的有益效果：

16、本发明在金属材料上制备的疏水防腐表面的方法，可在金属材料表面一步实现喷砂处理和疏水处理。本发明处理工艺简便、耗时短、效率高、能耗低，适用于大面积、表面形状不规则试件的处理。本发明在去除金属试件表面氧化皮、污物，提高表面清洁度的同时，赋予金属表面疏水防腐性能。

技术特征：

1.一种在金属材料上制备疏水防腐表面的方法，其特征在于，采用经过疏水修饰剂处理的砂粒对金属材料表面进行喷砂处理；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述砂粒为棕刚玉或白刚玉，砂粒由粒度为25-35、40-50、55-65、75-85、100-140目的砂粒中的两种混合而成。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述疏水修饰剂为脂肪酸。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述脂肪酸为十二烷酸、十四烷酸、十六烷酸、十八烷酸中的一种或两种。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当疏水修饰剂由两种脂肪酸组成时，长链脂肪酸与短链脂肪酸的物质的量之比为1：0.4～1：0.8。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述喷砂处理的条件为：喷嘴与金属材料表面距离为15cm～30cm，喷砂时间为90s～150s，喷砂压力为0.35～0.55mpa。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述疏水修饰剂对砂粒的处理方法，包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述疏水修饰剂的无水乙醇溶液的浓度为0.05～0.1mol/l。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述疏水修饰剂的无水乙醇溶液中砂粒的投入量不大于300g/l。

技术总结本发明公开了一种在金属材料上制备疏水防腐表面的方法，属于腐蚀学领域。所述方法为采用经过疏水修饰剂处理的砂粒对金属材料表面进行喷砂处理。本发明可在金属材料表面一步实现喷砂处理和疏水处理。本发明处理工艺简便、耗时短、效率高、能耗低，适用于大面积、表面形状不规则试件的处理。本发明在去除金属试件表面氧化皮、污物，提高表面清洁度的同时，赋予金属表面疏水防腐性能。技术研发人员：高鹏,陈义庆,钟彬,李琳,艾芳芳,伞宏宇,苏显栋,沙楷智,张圣洁受保护的技术使用者：鞍钢股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/11