本發(fā)明涉及金屬材料表面處理生產(chǎn)技術(shù)，具體來(lái)說(shuō)是一種基于微納結(jié)構(gòu)的超親水/超疏水金屬表面處理自動(dòng)化生產(chǎn)線。

背景技術(shù)：

工程金屬材料在工業(yè)制造、管道運(yùn)輸、航海、航天等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。如鋁及其合金因其比重輕、比強(qiáng)高，價(jià)格適當(dāng)，規(guī)格品種齊全多用于空調(diào)和冰箱的蒸發(fā)器，儀器、儀表的外殼和輪船、潛艇的艙體等, 超親水和超疏水表面以其獨(dú)特的潤(rùn)濕性，使得在工程材料上制備超親水/超疏水表面已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。其應(yīng)用主要包括抗結(jié)冰結(jié)霜、抗腐蝕、減阻、自清潔、油水分離等方面，并已逐漸開展超疏油、外界刺激下潤(rùn)濕行為轉(zhuǎn)變、微流體等方面的應(yīng)用。在超親水和超疏水材料領(lǐng)域中，表面制備技術(shù)不僅是研究的前沿?zé)狳c(diǎn)，更是決定超疏水和超親水材料工程應(yīng)用的關(guān)鍵，在高科技技術(shù)的快速發(fā)展中具有舉足輕重的作用。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)金屬材料超親水/超疏水表面處理技術(shù)雖然多種多樣，但受制于制備工序復(fù)雜，成本高，周期長(zhǎng)，效率低，影響因素諸多難以控制等特點(diǎn)，對(duì)一些特殊加工的方法只能加工小塊樣品，尤其是三維復(fù)雜工件，仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，很難實(shí)現(xiàn)大規(guī)模復(fù)雜三維面上的制備，從而難以實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。

目前對(duì)金屬材料表面采用噴涂技術(shù)制備的超親水/超疏水表面，穩(wěn)定性、耐磨性及使用壽命都不理想。如何在大尺寸復(fù)雜三維金屬件上制備完好的微納米結(jié)構(gòu)，從而獲得均勻一致、穩(wěn)定性、耐磨性優(yōu)良的潤(rùn)濕性表面，仍將是近期乃至較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)的研究重點(diǎn)目標(biāo)。迫切需要研發(fā)適于工業(yè)化生產(chǎn)的超親水/超疏水金屬表面處理工業(yè)化生產(chǎn)線，以滿足工業(yè)制造、制冷、航海、航天等領(lǐng)域的市場(chǎng)需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服以上現(xiàn)有金屬表面處理技術(shù)存在的不足，旨在提供一種既能解決復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)金屬件制備難且工序復(fù)雜問(wèn)題，又能提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本及生產(chǎn)周期的基于微納結(jié)構(gòu)的超親水/超疏水金屬表面處理自動(dòng)化生產(chǎn)線。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種基于微納結(jié)構(gòu)的超親水/超疏水金屬表面處理自動(dòng)化生產(chǎn)線，包括：工作臺(tái)、自動(dòng)化機(jī)械手、化學(xué)處理浴池，上料平臺(tái)、下料平臺(tái)、抽風(fēng)系統(tǒng)以及加熱爐；化學(xué)處理浴池位于工作臺(tái)的上方，包括清洗浴池、酸性化學(xué)浴池、堿性化學(xué)浴池、去離子水浴池、化學(xué)修飾浴池；上料平臺(tái)，位于化學(xué)處理浴池的左方；下料平臺(tái)，位于化學(xué)處理浴池的右方；自動(dòng)化機(jī)械手，位于化學(xué)處理浴池的上方，可實(shí)現(xiàn)金屬件從上料平臺(tái)到下料平臺(tái)各工序中的搬運(yùn)轉(zhuǎn)移；抽風(fēng)系統(tǒng)，位于酸性化學(xué)浴池、去離子水浴池和化學(xué)修飾浴池的上方，可實(shí)現(xiàn)揮發(fā)性氣體的吸收和分離；加熱爐，位于下料平臺(tái)的右方，實(shí)現(xiàn)超親水和超疏水表面處理之后的工件的固化。

進(jìn)一步地，本發(fā)明提供的基于微納結(jié)構(gòu)的超親水/超疏水表面處理自動(dòng)化生產(chǎn)線處理的金屬工件由鋁或鋁合金構(gòu)成。

進(jìn)一步地，自動(dòng)化機(jī)械手為直角坐標(biāo)機(jī)械手，其端拾器及機(jī)械手臂表面涂覆特氟龍材料，具有耐酸堿功能。

進(jìn)一步地，所有化學(xué)浴池材質(zhì)選用PP，耐酸堿腐蝕，耐高溫，浴池尺寸依具體的金屬工件大小靈活設(shè)計(jì)。

進(jìn)一步地，酸性化學(xué)浴池和去離子水浴池連有恒溫化學(xué)處理浴池，包括：濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、自動(dòng)加料機(jī)構(gòu)、加熱系統(tǒng)以及溶液循環(huán)系統(tǒng)組成，以滿足化學(xué)浴池溶液的濃度和溫度的控制需求，確保工件表面潤(rùn)濕性能的一致性。

進(jìn)一步地，加熱爐為多層抽屜式結(jié)構(gòu)，各層爐門可以獨(dú)立自動(dòng)開啟。

本發(fā)明的基于微納結(jié)構(gòu)的超親水/超疏水金屬表面處理自動(dòng)化生產(chǎn)線與同類表面處理技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.基于微納結(jié)構(gòu)的超親水/超疏水金屬表面處理自動(dòng)化生產(chǎn)線，由于實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化，并通過(guò)添加恒溫化學(xué)循環(huán)處理浴池保證了各工序中溶液濃度、溫度、時(shí)間上的準(zhǔn)確性，減小了由于人操作帶來(lái)的誤差，從而保證了工件表面質(zhì)量的一致性和均勻性。

2.基于微納結(jié)構(gòu)的超親水/超疏水金屬表面處理自動(dòng)化生產(chǎn)線采用的是浸入式方法進(jìn)行金屬表面微納米處理，使得該技術(shù)適用的工件不受尺寸和形狀的限制，可以實(shí)現(xiàn)任意三維復(fù)雜金屬工件的表面處理，降低了制造周期，還可以極大的降低小批量、大型復(fù)雜金屬工件表面處理的成本。

3.與目前金屬材料表面噴涂技術(shù)相比，運(yùn)用該技術(shù)進(jìn)行表面處理的工件具有微米-納米雙層結(jié)構(gòu)，潤(rùn)濕性能穩(wěn)定性更好，耐磨性更好，使用壽命更長(zhǎng)。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1為本發(fā)明所涉及的基于微納結(jié)構(gòu)的超親水/超疏水金屬表面處理自動(dòng)化生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2、圖3為本發(fā)明所涉及的恒溫化學(xué)處理浴池結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為水滴與本發(fā)明的事例性實(shí)施方案中制備的超疏水性界面所形成的接觸角的大小。

圖5為本發(fā)明的一個(gè)事例性實(shí)施方案中，金屬工件表面上形成的微米結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像；

圖6為在圖5中所示金屬工件的表面上，在微米級(jí)結(jié)構(gòu)表面所形成的的納米級(jí)片狀結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像。

附圖標(biāo)記

1、清洗浴池，2、酸性化學(xué)浴池，3、堿性化學(xué)浴池，4、去離子水浴池，5、化學(xué)修飾浴池，6、機(jī)械手，7、上料平臺(tái)，8、下料平臺(tái)，9、抽風(fēng)系統(tǒng)，10、加熱爐，11、恒溫化學(xué)處理浴池，12、PP浴池，13、濃度監(jiān)控系統(tǒng)，14、自動(dòng)加料系統(tǒng)，15、加熱系統(tǒng)，16、溶液循環(huán)管路，17、水泵，18、工作臺(tái)。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明可以由權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。

在本發(fā)明中，“微米級(jí)”尺寸定義為大于或等于1μm并小于1000μm的尺寸；“納米級(jí)”尺寸定義為大于或等于1nm并小于1000nm的尺寸。

圖1示意性示出根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于微納結(jié)構(gòu)的超親水/超疏水金屬表面處理自動(dòng)化生產(chǎn)線的優(yōu)選實(shí)施方案，如圖1所示，該自動(dòng)化生產(chǎn)線，包括工作臺(tái)18，自動(dòng)化機(jī)械手6、化學(xué)處理浴池、上料平臺(tái)7、下料平臺(tái)8、抽風(fēng)系統(tǒng)9以及加熱爐10。

自動(dòng)化機(jī)械手6位于化學(xué)處理浴池的上方，可實(shí)現(xiàn)金屬件從上料平臺(tái)7到下料平臺(tái)8各工序中的搬運(yùn)轉(zhuǎn)移，其中該自動(dòng)化機(jī)械手6可設(shè)計(jì)成直角坐標(biāo)機(jī)械手，其端拾器及機(jī)械手臂表面涂覆特氟龍材料，具有耐酸堿功能。

化學(xué)處理浴池用于金屬工件表面微納結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，由圖中可以看出，在本優(yōu)選實(shí)施例中，化學(xué)處理浴池位于工作臺(tái)18的上方，包括清洗浴池1、酸性化學(xué)浴池2、堿性化學(xué)浴池3、去離子水浴池4、化學(xué)修飾浴池5；清洗浴池1中的溶液清洗去除工件表面的油污和油脂，保證工件表面無(wú)油污雜質(zhì)；酸性化學(xué)浴池2中溶液利用金屬中的位錯(cuò)暴露在工件表面形成形成微米凹坑和凹槽；堿性化學(xué)浴池3中的溶液在工件表面的微米結(jié)構(gòu)再生成納米結(jié)構(gòu)；去離子水浴池4，采用高溫去離子水，能進(jìn)一步穩(wěn)定金屬工件中的納米結(jié)構(gòu)，增大金屬表面粗糙化程度；通過(guò)加熱爐10高溫烘烤工件，能起到固化表面結(jié)構(gòu)作用，使得金屬工件表面結(jié)構(gòu)更耐磨?；瘜W(xué)修飾浴池5中的溶液不影響工件表面的結(jié)構(gòu)，通過(guò)自組裝粘附在工件表面的微納結(jié)構(gòu)上，并能提高工件疏水性能的穩(wěn)定性。

表面處理完后的工件送入加熱爐10中固化，為方便工件的拾取和擺放，加熱爐10設(shè)計(jì)為多層抽屜式結(jié)構(gòu)，各層爐門可以獨(dú)立自動(dòng)開啟，為保證加熱溫度和加熱環(huán)境的均勻，加熱爐10必須設(shè)計(jì)為對(duì)流恒溫烤箱。

由于化學(xué)溶液在進(jìn)行表面處理過(guò)程中，酸性溶液和化學(xué)修飾溶液一般具有較強(qiáng)的揮發(fā)性，在酸性化學(xué)浴池2、去離子水浴池4和化學(xué)修飾浴池5的頂部需設(shè)計(jì)抽風(fēng)系統(tǒng)9，可實(shí)現(xiàn)揮發(fā)性氣體的回收和處理。

優(yōu)選地，上述所有化學(xué)浴池能耐酸堿腐蝕，耐高溫，材質(zhì)選用PP，浴池尺寸依金屬工件大小靈活設(shè)計(jì)。

參看圖2、圖3，本實(shí)施例中酸性化學(xué)浴池2和去離子水浴池4下方連有恒溫化學(xué)循環(huán)處理浴池，包括：濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)13、自動(dòng)加料機(jī)構(gòu)14、加熱系統(tǒng)15以及溶液循環(huán)系統(tǒng)16，如圖2、圖3所示，工作臺(tái)面18下PP浴池12與工作臺(tái)面18上酸性化學(xué)浴池2、去離子水浴池4之間通過(guò)循環(huán)管路16連接，利用水泵17的工作，下面PP浴池12的溶液不斷補(bǔ)充進(jìn)酸性化學(xué)浴池2和離子水浴池4中并充分混合均勻，該恒溫化學(xué)循環(huán)系統(tǒng)通過(guò)加熱系統(tǒng)15對(duì)溶液進(jìn)行加熱并保持恒溫，用濃度監(jiān)控系統(tǒng)13實(shí)時(shí)監(jiān)控化學(xué)溶液的濃度以保證酸性溶液的質(zhì)量，該系統(tǒng)還設(shè)置了自動(dòng)加料系統(tǒng)14，及時(shí)補(bǔ)充化學(xué)反應(yīng)和揮發(fā)損失掉的溶液，從而確保工件表面潤(rùn)濕性能的一致性。

圖4為本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施方案所制備的金屬表面測(cè)得的接觸角大小，該表面與水的接觸角為162°，接觸角滯后為2.6°。圖5為金屬工件中形成的微米級(jí)結(jié)構(gòu)SEM圖像。圖6為所形成的的納米級(jí)片狀結(jié)構(gòu)的SEM圖像。

本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：

1.基于微納結(jié)構(gòu)的超親水/超疏水金屬表面處理自動(dòng)化生產(chǎn)線，由于實(shí)現(xiàn)

全自動(dòng)化，并通過(guò)添加恒溫化學(xué)循環(huán)處理浴池保證了各工序中溶液濃度、溫度、時(shí)間上的準(zhǔn)確性，減小了由于人操作帶來(lái)的誤差，從而保證了工件表面質(zhì)量的一致性和均勻性。

2.基于微納結(jié)構(gòu)的超親水/超疏水金屬表面處理自動(dòng)化生產(chǎn)線采用的是浸

入式方法進(jìn)行金屬表面處理，使得該技術(shù)適用的工件不受尺寸和形狀的限制，可以實(shí)現(xiàn)任意三維復(fù)雜金屬工件的表面處理，降低了制造周期，還可以極大的降低小批量、大型復(fù)雜金屬工件表面處理的成本。

3.與目前金屬材料表面噴涂技術(shù)相比，運(yùn)用該技術(shù)進(jìn)行表面處理的工件

具有微米-納米雙層結(jié)構(gòu)，潤(rùn)濕性能穩(wěn)定性更好，耐磨性更好，使用壽命更長(zhǎng)。

雖然通過(guò)結(jié)合目前認(rèn)為可實(shí)施的示例性實(shí)施方案描述了本發(fā)明，但是需要理解的是本發(fā)明不限于所公開的實(shí)施方案，而且相反，本發(fā)明意欲涵蓋包括在所附權(quán)利要求的主旨和范圍中多種改進(jìn)和等效形式。