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(chǔ)量大、比強(qiáng)度高、導(dǎo)電導(dǎo)熱性好等優(yōu)點(diǎn)，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(yán)重限制了鋁材料的使用性能和使用壽命。因此，對鋁材料進(jìn)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(jìn)一步提升鋁的應(yīng)用價(jià)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(jì)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(jī)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(shí)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(jī)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(shí)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(qiáng)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(hào)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(jìn)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(shí)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(shí)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(yán)格，僅適用于凹槽狀基底，適用范圍有限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種簡單實(shí)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(jìn)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?jǐn)?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?jǐn)?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(shí)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(diǎn)。該表面對水滴的最小滑動(dòng)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(dá)兩個(gè)月以上。（3）本發(fā)明所述方法制備的超潤滑鋁表面具有強(qiáng)大的自修復(fù)作用和壓力穩(wěn)定性，彌補(bǔ)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(shí)施例1中打磨后的鋁表面掃描電鏡照片。

圖2為實(shí)施例1刻蝕后的鋁表面掃描電鏡照片。

圖3為實(shí)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(shí)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(shí)施例3去離子水在超潤滑鋁表面上的滑動(dòng)示意圖。

具體實(shí)施方式

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

實(shí)施例1

本實(shí)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(jìn)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?jǐn)?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(dòng)角為7.6°。

實(shí)施例2

本實(shí)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(jìn)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?jǐn)?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(dòng)角為6.2°。

實(shí)施例3

本實(shí)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(jìn)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?jǐn)?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(dòng)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(shí)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(jìn)行化學(xué)刻蝕，在其表面構(gòu)造出粗糙結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)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(diǎn)，易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模制備，并且制備的超潤滑表面具有強(qiáng)大的自修復(fù)效果，能夠滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。

技術(shù)研發(fā)人員：鄧瑞;項(xiàng)金鐘;胡永茂
受保護(hù)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