本發(fā)明屬于金屬材料表面改性技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

鋁是自然界中分布最多的金屬元素，其產(chǎn)量和用量僅次于鋼鐵。相比于其他金屬材料而言，鋁具有儲量大、比強度高、導(dǎo)電導(dǎo)熱性好等優(yōu)點，在建筑、包裝、航空航天、汽車制造等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。然而，鋁表面在使用過程中容易發(fā)生表面污染、結(jié)冰結(jié)霜和表面腐蝕等問題，這嚴重限制了鋁材料的使用性能和使用壽命。因此，對鋁材料進行表面改性以提升其防污染、防腐蝕及抗結(jié)冰結(jié)霜能力對進一步提升鋁的應(yīng)用價值具有重要意義。

仿生超疏水和超疏油表面的研究自上世紀九十年代起一直受到人們的青睞。研究者們采用陽極氧化、化學(xué)刻蝕、機械加工和溶膠-凝膠等方法在各種金屬基底上成功制備出具有自清潔、防腐蝕和抗結(jié)冰結(jié)霜特性的超疏水或超疏油表面。這類表面主要依靠微納米復(fù)合結(jié)構(gòu)捕獲空氣形成空氣膜來實現(xiàn)疏液效果，由于空氣膜的不穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)的脆弱性，該類表面普遍存在壓力穩(wěn)定性差、疏液范圍有限以及機械耐磨性差的問題。而超潤滑表面主要是靠不與液體互溶的潤滑油來實現(xiàn)疏液的，較超疏水和超疏油表面而言，具有疏液范圍廣、壓力穩(wěn)定性好和自修復(fù)能力強的優(yōu)勢。在2011年，《nature》上發(fā)表的一篇題為仿生自修復(fù)光滑表面與壓力穩(wěn)定性的文章首次提出仿豬籠草超潤滑表面的制備，其制備的環(huán)氧樹脂超潤滑表面能夠抵抗各種極性液體和非極性液體的粘附，顯示出優(yōu)秀的防污染、抗結(jié)冰和抗腐蝕特性。但該制備工藝的適用范圍有限，不能推廣到金屬基底上。專利號為cn104451811a的專利公開了一種在金屬表面形成超潤滑表面的方法。首先將預(yù)處理過的金屬基材在酸電解液中進行陽極氧化，再將基材依次放入二甲基硅油、氟硅烷和全氟聚醚中浸泡一定時間。該工藝雖能制備出疏液性能好的超潤滑表面，但存在加工效率低，污染大的劣勢，難以實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。專利cn105237797a提出了一種具有凹槽狀基底超潤滑表面的制備方法，其過程是通過水熱法在凹槽狀基底上生長四氧化三鈷，再用全氟潤滑液浸泡，即可得到超潤滑表面。但該制備工藝對基底要求十分嚴格，僅適用于凹槽狀基底，適用范圍有限。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種簡單實用的超潤滑鋁表面的制備方法，具體包括以下步驟：

（1）預(yù)處理：采用800#、1200#和1500#的金相砂紙依次沿橫向和縱向?qū)︿X片進行打磨，除去表面氧化層。打磨后用無水乙醇和去離子水各超聲清洗5~10min；

（2）表面粗糙化：將干凈的鋁片放入濃度為0.5~1mol/l的氯化銅溶液中刻蝕0.5~4min。刻蝕后超聲清洗10~20min，烘干；

（3）表面修飾：將烘干后的鋁片放入質(zhì)量分數(shù)不低于1%的1h,1h,2h,2h-全氟癸基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中浸泡1~3h，然后將鋁片取出烘干；

（4）潤滑油涂覆：將全氟聚醚潤滑油均勻涂覆到鋁片表面，自然風(fēng)干。

本發(fā)明中，所述的預(yù)處理過程采用不同目數(shù)的金相砂紙依次沿縱向和橫向打磨鋁片。

本發(fā)明中，所述的表面粗糙化過程采用化學(xué)刻蝕法，刻蝕劑為非腐蝕性氯化銅溶液，濃度為0.5~1mol/l。

本發(fā)明中，所述的表面修飾過程采用的是1h,1h,2h,2h-全氟癸基三乙氧基硅烷醇溶液，其質(zhì)量分數(shù)不低于1%。

本發(fā)明中，所述的潤滑油涂覆過程采用的潤滑油是全氟聚醚，涂覆方式為浸涂。

本發(fā)明的有益效果：

（1）本發(fā)明所述方法不受基材形狀和尺寸的限制、加工效率高，易實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。本發(fā)明所述方法無需使用任何腐蝕性溶液，清潔環(huán)保，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求。（2）本發(fā)明所述方法制備的超潤滑表面具有疏液性能好、疏液范圍廣、使用壽命長的優(yōu)點。該表面對水滴的最小滑動角（sa）為4°，最大接觸角（ca）為110°，對無水乙醇、原油等液體均表現(xiàn)出優(yōu)秀的疏液性能，制備的超潤滑鋁表面使用壽命長達兩個月以上。（3）本發(fā)明所述方法制備的超潤滑鋁表面具有強大的自修復(fù)作用和壓力穩(wěn)定性，彌補了超疏水和超疏油表面的不足之處。（4）本發(fā)明所述制備方法可推廣到鎂、鈦及其合金基材上，適用范圍廣。

附圖說明

圖1為實施例1中打磨后的鋁表面掃描電鏡照片。

圖2為實施例1刻蝕后的鋁表面掃描電鏡照片。

圖3為實施例2經(jīng)氟硅烷修飾后的鋁表面x射線光電子能譜表征結(jié)果。

圖4為實施例2去離子水在超潤滑鋁表面的接觸角示意圖。

圖5為實施例3去離子水在超潤滑鋁表面上的滑動示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于所述內(nèi)容。

實施例1

本實施例提供一種超潤滑鋁表面的制備方法，具體包括以下步驟：

（1）預(yù)處理：采用800#、1200#和1500#的金相砂紙依次沿橫向和縱向?qū)︿X片進行打磨，然后用無水乙醇和去離子水各超聲清洗8min；

（2）表面粗糙化：將鋁片放入濃度為0.6mol/l氯化銅溶液中刻蝕3min，刻蝕后用去離子水超聲清洗15min，然后烘干；

（3）表面修飾：將鋁片放入質(zhì)量分數(shù)為1.5%的1h,1h,2h,2h-全氟癸基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中浸泡1h，取出，烘干；

（4）潤滑油涂覆：將干燥后的鋁片浸入全氟聚醚潤滑油中10s，取出后自然風(fēng)干即可得到超潤滑鋁表面，對水滴的平均滑動角為7.6°。

實施例2

本實施例提供一種超潤滑鋁表面的制備方法，具體包括以下步驟：

（1）預(yù)處理：采用800#、1200#和1500#的金相砂紙依次沿橫向和縱向?qū)︿X片進行打磨，然后用無水乙醇和去離子水各超聲清洗10min；

（2）表面粗糙化：將鋁片放入濃度為0.8mol/l氯化銅溶液中刻蝕1min，刻蝕后用去離子水超聲清洗10min，然后烘干；

（3）表面修飾：將鋁片放入質(zhì)量分數(shù)為1.5%的1h,1h,2h,2h-全氟癸基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中浸泡1.5h，取出，烘干；

（4）潤滑油涂覆：將干燥后的鋁片浸入全氟聚醚潤滑油中10s，取出后自然風(fēng)干即可得到超潤滑鋁表面，對水滴的平均滑動角為6.2°。

實施例3

本實施例提供一種超潤滑鋁表面的制備方法，具體包括以下步驟：

（1）預(yù)處理：采用800#、1200#和1500#的金相砂紙依次沿橫向和縱向?qū)︿X片進行打磨，然后用無水乙醇和去離子水各超聲清洗5min；

（2）表面粗糙化：將鋁片放入濃度為1mol/l氯化銅溶液中刻蝕40s，刻蝕后用去離子水超聲清洗10min，然后烘干；

（3）表面修飾：將鋁片放入質(zhì)量分數(shù)為1%的1h,1h,2h,2h-全氟癸基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中浸泡2h，取出，烘干；

（4）潤滑油涂覆：將干燥后的鋁片浸入全氟聚醚潤滑油中10s，取出后自然風(fēng)干即可得到超潤滑鋁表面，對水滴的平均滑動角為4.0°。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種簡單實用的超潤滑鋁表面的制備方法，屬于金屬表面處理技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明所述方法首先對鋁片進行化學(xué)刻蝕，在其表面構(gòu)造出粗糙結(jié)構(gòu)，然后進行表面修飾，降低其表面能。最后在鋁表面涂上潤滑油便可得到疏液范圍廣的超潤滑鋁表面。該表面能夠長期抵抗各種液體的污染，并具有抗結(jié)冰和防腐蝕效果。本發(fā)明所述的制備方法具有工藝簡單、加工效率高、成本低和污染小的特點，易實現(xiàn)大規(guī)模制備，并且制備的超潤滑表面具有強大的自修復(fù)效果，能夠滿足實際應(yīng)用的要求。

技術(shù)研發(fā)人員：鄧瑞;項金鐘;胡永茂
受保護的技術(shù)使用者：云南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.04.25
技術(shù)公布日：2017.09.08