一種具有內(nèi)凹微孔的超疏油金屬表面的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超疏油表面加工技術(shù)，尤其涉及一種具有內(nèi)凹微孔的超疏油金屬表面的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]潤濕性是存在自然界中的普遍現(xiàn)象，例如雨水落在荷葉表面后形成球狀液滴而滾落的現(xiàn)象以及荷葉“出淤泥而不染”的自清潔效應(yīng)，即為超疏水現(xiàn)象。此外許多動植物如水黽的腳、蝴蝶的翅膀、水稻葉等，也具有超疏水性能。研究表明，所有這些表面所具有超疏水特性是由于微納米粗糙結(jié)構(gòu)和低表面能物質(zhì)共同作用而形成的。
[0003]潤濕性同時(shí)也是材料科學(xué)和表面工程領(lǐng)域的重要方面，在日常生活、工業(yè)生產(chǎn)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有許多重要應(yīng)用。所謂超疏水是指水滴在固體表面的靜態(tài)接觸角超過150°，同理，超疏油即油滴在固體表面的靜態(tài)接觸角超過150°。然而，油滴的表面張力遠(yuǎn)小于水滴的表面張力，因此，制備具有超疏油特性的固體表面，其難度較之超疏水表面更大，更難實(shí)現(xiàn)。相關(guān)研究表明，要制備空氣中超疏油表面除了需要低表面能分子的修飾外，還要在其帶微納米粗糙結(jié)構(gòu)表面上引進(jìn)凹入表面曲率，使得微納米粗糙結(jié)構(gòu)呈內(nèi)凹或懸臂。這給制造工藝提出更大的挑戰(zhàn)。
[0004]目前，大量的文獻(xiàn)已經(jīng)報(bào)道了人工仿生超疏水表面，這些材料在表面自清潔，防冰，防霧，防污染，金屬防腐蝕，流體減阻中有廣泛的應(yīng)用。關(guān)于疏油表面的報(bào)道相對較少，但超疏油表面在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中比如防油性涂料，海水防污處理，石油管道防油爬行，油水分離中都有巨大的應(yīng)用空間。金屬材料在工程中大量應(yīng)用，使用面極其廣泛，然而金屬的抗污染防腐蝕性能較差，因此在金屬上制備具有超疏油特性表面具有重大意義。
[0005]所謂表面織構(gòu)(Surface texture)是指物體表面具有一定尺寸和排列的凹坑、凹痕或凸包等圖案的陣列。具有微納米尺度微觀織構(gòu)的表面在表面能、光學(xué)特性、仿生特性、機(jī)械特性、流體動力學(xué)特性及摩擦磨損性能等方面與光滑表面表現(xiàn)出截然不同的特點(diǎn)，這為眾多學(xué)科研究注入了新的活力，并且在許多工程領(lǐng)域展示出巨大的應(yīng)用潛力。
[0006]疏油表面的制備方法通常遵循自下而上或自上而下的方法。現(xiàn)有制備超疏油表面的工藝方法主要有以下幾種:(1)無/有模板濕法刻蝕(2)飛秒激光刻蝕法(3)靜電紡絲法
(4)電沉積法(5)溶膠-凝膠法等。
[0007]其中上述方法存在以下對應(yīng)的缺陷:(1)無模板濕法刻蝕可以刻蝕硅和金屬表面，效率高且成本低，但刻蝕表面形貌可控性差，該方法容易得到超疏水表面，但不易獲得超疏油表面；疏油表面可以通過Bosch刻蝕法獲得，但工藝復(fù)雜且只適合硅材料。(2)飛秒激光刻蝕法能夠制備精度高、形貌規(guī)則的微納嵌套結(jié)構(gòu)表面，但該工藝效率低，不適合大規(guī)模制造，且設(shè)備極其昂貴。(3)靜電紡絲法通過利用微/納米細(xì)絲在表面構(gòu)筑粗糙結(jié)構(gòu)，容易通過控制產(chǎn)生疏油表面所需結(jié)構(gòu)，但所制備的表面機(jī)械力學(xué)性能較差，不具備良好的耐磨性等，使用壽命比較短；(4)電沉積法可以沉積金屬或聚合物，能高效便捷地制備具有微納米粗糙結(jié)構(gòu)表面，但形貌隨機(jī)性強(qiáng)，不易控制，且不易產(chǎn)生內(nèi)凹或懸臂結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種獲取超疏油表面結(jié)構(gòu)并適合快速規(guī)模生產(chǎn)的具有良好耐磨性的具有內(nèi)凹微孔的超疏油金屬表面的制備方法。
[0009]為了克服現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種具有內(nèi)凹微孔的超疏油金屬表面的制備方法，用于在金屬基底構(gòu)建超疏油表面結(jié)構(gòu)，所述具有內(nèi)凹微孔的超疏油金屬表面的制備方法包括以下步驟:
51、對金屬基底進(jìn)行清潔和烘干，去除油污和雜質(zhì)；
52、金屬基底表面金屬層電沉積，使用鎳塊作為陽極，金屬基底作為陰極，兩者分別連接到電源的正極和負(fù)極，在陽極和陰極之間通以均勻混有可溶微納米顆粒球的鎳沉積溶液，從而構(gòu)成電沉積系統(tǒng)，并通電進(jìn)行沉積形成電沉積層，使可溶微納米顆粒球鑲嵌于金屬鎳層的內(nèi)部和表面；
53、清洗和烘干，電沉積工藝完成后將工件取出清洗并烘干；
54、可溶微納米顆粒球溶解，將電沉積完成的工件置于盛有溶解液的容器中，使可溶微納米顆粒球溶于溶解液中，使鎳層表面最終形成內(nèi)凹結(jié)構(gòu)超疏油表面；
55、低表面能修飾，將經(jīng)過電解加工的工件和滴有氟硅烷的承載片共同置于密閉容器中，然后放入烘箱烘烤，取出后放至室溫，完成工件的制備。
[0010]作為本發(fā)明具有內(nèi)凹微孔的超疏油金屬表面的制備方法的技術(shù)方案的一種改進(jìn)，在步驟S1中，對表面平整光滑的金屬基底利用堿液去除金屬表面油污，然后將其置于盛有乙醇溶液的超聲波清洗機(jī)中進(jìn)行清洗，再利用表面活性劑去除金屬表面氧化層，最后用去離子水清洗并置于烘箱中烘干去除表面水分。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:通過在通電的電沉積系統(tǒng)中，在金屬基底附著形成金屬鎳沉積層，通電沉積過程中，在陰極與陽極之間通以可溶微納米顆粒球使其鑲嵌于沉積層表面和內(nèi)部，隨后使用溶解液將可溶微納米顆粒球溶解從而形成內(nèi)凹結(jié)構(gòu)疏油表面，通過顆粒球粒徑大小的選擇可以控制內(nèi)凹孔洞的尺寸規(guī)格，顆粒球粒徑均勻則內(nèi)凹孔洞的規(guī)格易于達(dá)到均勻規(guī)則，同時(shí)適合規(guī)模成型和批量生產(chǎn)，規(guī)則的織構(gòu)具有良好的超疏油，金屬鎳表層具有良好的耐磨性從而提高使用壽命。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明一種具有內(nèi)凹微孔的超疏油金屬表面的制備過程的各個(gè)階段的工件結(jié)構(gòu)示意組合圖。
[0013]圖2為構(gòu)建有超疏油表面的金屬基底的立體結(jié)構(gòu)不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行具體描述。
[0015]圖1展示了本發(fā)明的工藝過程中工件的各個(gè)階段