一种铝合金无机超疏水防护涂层的制备方法

本发明涉及超疏水表面，特别是涉及一种铝合金无机超疏水防护涂层的制备方法。

背景技术：

1、铝合金材料凭借其优异的机械性能和工艺性能被广泛应用于各个领域。但腐蚀会大大缩短了铝合金材料的使用寿命，造成了巨大的经济损失。为了延缓铝合金材料的腐蚀，可以在铝合金表面构造涂层作为屏障，其中超疏水涂层作为一种性能优异的仿生功能涂层，在保护铝合金不被腐蚀的同时，还可以使表面具有自清洁、防雾、防冰等特殊功能，是一种受到广泛关注的防护涂层。

2、超疏水表面是具有超低滚动角(sa)并且接触角(wca)＞150°的高度拒水表面。它们最初是在植物和动物身上观察到，如荷叶就是一个典型的例子。荷叶通过结合特定的低表面能化学成分(纳米级疏水蜡晶体)和微观结构(微乳突结构)实现了表面超疏水，并且这一表面还具有自清洁机制，使水滴在快速滚落的同时带走灰尘等污垢，被称为荷叶效应。研究发现，如果将类似荷叶的独特超疏水性在金属材料上重现，当超疏水表面与腐蚀性液体接触时，固体和液体之间会形成空气层，大大减少接触面积，降低金属被腐蚀的可能性，极大的延长了材料的使用寿命。

3、为了使铝合金表面实现超疏水，可以先采用化学腐蚀、物理刻蚀、电沉积等方法增大基底表面的粗糙度，然后通过浸渍、喷涂、旋涂等方法用低表面能物质对表面进行改性。在已有的研究中，通常都选用含氟化合物作为用于改性的低表面能物质，如使用激光冲击对铝合金刻蚀后采用全氟辛基三乙氧基硅烷进行改性，得到了接触角达到158°，滚动角4°的超疏水涂层；或者以全氟辛基三乙氧基硅烷为原料，通过逐层自组装在铝合金上制备了接触角为157°的阳极氧化/全氟辛基三乙氧基硅烷/聚丙烯复合涂层(app)。但氟化物的大量使用有害于人体健康并且会产生温室气体破坏臭氧层，不利于环保。此外，常见的刻蚀方法中，激光刻蚀、物理刻蚀所需的仪器昂贵，性价比不高；而化学腐蚀和电沉积法操作复杂，使用的强酸、强碱溶液危险性较高。

技术实现思路

1、针对当前在超疏水表面方面面临的环境不友好、步骤和设备复杂昂贵、成本高昂等问题，本发明提出了一种铝合金无机超疏水防护涂层的制备方法，通过电化学阳极氧化辅助沉积硅氧烷在铝合金表面制备了一系列性能优异的超疏水防护涂层。

2、本发明提供以下技术方案：

3、一种铝合金无机超疏水防护涂层的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤一，将铝合金片的表面用砂纸打磨光滑，去除表面的氧化层及污染物，之后分别用去离子水和无水乙醇超声清洗，清洗后的铝合金片干燥待用；

5、步骤二，将乙醇与nano3水溶液混合搅拌，加入醋酸将混合溶液ph值调整至4，搅拌混合均匀后作为电解质溶液备用，在chi 660a电化学工作站上，采用常规三电极体系，将预处理好的铝合金片作为工作电极，铂片和饱和甘汞电极作为对电极和参比电极，在工作电极上施加电压，将刻蚀好的样品依次在去离子水和乙醇中漂洗若干次，常温下晾干备用；

6、步骤三，通过浸涂法用聚硅氧烷修饰经电化学阳极氧化后的铝合金片，所述聚硅氧烷为甲基三甲氧基硅烷或丙基三乙氧基硅烷，在容器中加入磁石和乙醇后放在磁力搅拌机上开始搅拌，依次缓慢加入聚硅氧烷和去离子水，然后加入氨水将溶液调节至碱性，在室温下搅拌混合后得到聚硅氧烷沉积液，将电化学刻蚀后的铝合金片置于沉积液中浸置12h，取出铝合金片在去离子水和乙醇中漂洗若干次放入60℃烘箱中干燥，得到具有无机超疏水防护涂层的铝合金片。

7、上述铝合金无机超疏水防护涂层的制备方法，其中，步骤一中，使用120至2000目的砂纸，将铝合金样品的表面打磨光滑。

8、上述铝合金无机超疏水防护涂层的制备方法，其中，步骤二中，工作电极与对电极之间的距离为0.9～1.2cm。

9、上述铝合金无机超疏水防护涂层的制备方法，其中，步骤二中，在工作电极上施加5v的电压，刻蚀时间设为10min。

10、上述铝合金无机超疏水防护涂层的制备方法，其中，步骤三中，加入的聚硅氧烷的浓度为5％。

11、上述铝合金无机超疏水防护涂层的制备方法，其中，步骤三中，加入的氨水的浓度为6％。

12、上述铝合金无机超疏水防护涂层的制备方法，其中，步骤三中，在室温下搅拌混合10min后得到聚硅氧烷沉积液。

13、相较于现有技术，本发明的有益效果：

14、(1)本发明提供的铝合金无机超疏水防护涂层的制备方法，通过测试发现涂层的接触角高达160°，滚动角接近0°，对铝合金基底的粘附性能较好，且抗腐蚀性能优异，在3.5wt.％的nacl溶液、ph＝3的hcl溶液和ph＝10的nh3·h2o溶液中抗腐蚀效率都大于99％；此外，将涂层分别在3.5wt.％的nacl溶液和室温大气环境中放置一段时间，发现涂层的表面形貌和接触角无明显变化，表明涂层具有良好的化学耐久性和结构稳定性；

15、(2)本发明的涂层的制备工艺简单方便，无需使用强酸、强碱溶液，不需要使用昂贵仪器设备，不含氟化物，对环境友好，疏水性能和防护性能优异。

技术特征：

1.一种铝合金无机超疏水防护涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的铝合金无机超疏水防护涂层的制备方法，其特征在于，步骤一中，使用120至2000目的砂纸，将铝合金样品的表面打磨光滑。

3.根据权利要求1所述的铝合金无机超疏水防护涂层的制备方法，其特征在于，步骤二中，工作电极与对电极之间的距离为0.9～1.2cm。

4.根据权利要求1所述的铝合金无机超疏水防护涂层的制备方法，其特征在于，步骤二中，在工作电极上施加5v的电压，刻蚀时间设为10min。

5.根据权利要求1所述的铝合金无机超疏水防护涂层的制备方法，其特征在于，步骤三中，加入的聚硅氧烷的浓度为5％。

6.根据权利要求1所述的铝合金无机超疏水防护涂层的制备方法，其特征在于，步骤三中，加入的氨水的浓度为6％。

7.根据权利要求1所述的铝合金无机超疏水防护涂层的制备方法，其特征在于，步骤三中，在室温下搅拌混合10min后得到聚硅氧烷沉积液。

技术总结本发明属于超疏水表面技术领域，具体涉及一种铝合金无机超疏水防护涂层的制备方法。该方法通过电化学阳极氧化处理铝合金基底，增加粗糙度的同时为后续沉积有机硅提供有利条件，后通过浸涂法沉积硅氧烷及其聚合物至基底表面，干燥固化后得到Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;/聚硅氧烷超疏水复合涂层。本发明的涂层的制备工艺简单方便，无需使用强酸、强碱溶液，不需要使用昂贵仪器设备，不含氟化物，对环境友好，疏水性能和防护性能优异。技术研发人员：孙争光,顾宇菲,赵美涵,詹园,邓华,马会娟受保护的技术使用者：湖北大学技术研发日：技术公布日：2024/4/29