CN104746118A - 一种Fe基纳米复合电刷镀在钢基底制备超疏水镀层的方法 - Google Patents
一种Fe基纳米复合电刷镀在钢基底制备超疏水镀层的方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种Fe基纳米复合电刷镀在钢基底制备超疏水镀层的方法，属于在钢基底制备超疏水镀层的方法。纳米复合电刷镀铁在钢基体表面制备超疏水镀层工艺，采用纳米复合电刷镀铁工艺和镀层发黑处理，在钢基体表面制备接触角大于150°，滚动角小于3°的超疏水镀层，由以下步骤构成：(1)准备工作；(2)通过纳米复合电刷镀铁在钢表面上制备微纳米粗糙结构的工艺流程；(3)电净→活化→镀底层→镀纳米Cu/Al2O3复合镀层→碱液浸泡，每步工艺完成后用水冲洗，防止镀液污染下一工艺；对镀层进行发黑处理；(4)用低表面能物质对粗糙表面修饰。优点：在硬金属表面电刷镀铁然后进行发黑处理来构造超疏水表面具有设备轻便，工艺简单，成本低廉，镀层结合力强等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种在钢基底制备超疏水镀层的方法，特别是一种Fe基纳米复合电刷镀在钢基底制备超疏水镀层的方法。
背景技术
超疏水表面因有着较大的接触角和极小的滚动角，这一特性引起了人们的广泛关注和深入研究。研究人员通过大量实验发现超疏水表面具有自清洁、防雾、防冻、防腐蚀等优异性能，为超疏水表面在生产生活中的应用提供广阔前景。超疏水表面的制备主要是构造微纳米复合凸起分型特征，超疏水表面制备主要有两种方法：一是在低表面能疏水材料表面直接制备微纳米粗糙结构，例如碳纳米管、氟化物等；另一种是亲水表面上制备微纳米粗糙结构，再用低表面能物质对粗糙表面修饰，以上两种方法关键是构造双重粗糙微纳米复合结构。
目前制备的超疏水表面大都在软基体材料上构造，并且稳定性差，成本高，制备过程复杂，耗资大，不可大规模工业化生产应用。实验室研究制备超疏水方法常用的有模板印刷法，模板挤压法，蒸汽诱导分离法，刻蚀法，沉积法等，由于工艺复杂，因此都不能规模化应用到工业生产中。
发明内容
本发明的目的是要提供一种成本低廉，工艺简单，镀层结合力强，耐腐蚀，耐摩擦的Fe基纳米复合电刷镀在钢基底制备超疏水镀层的方法。
本发明的目的是这样实现的：纳米复合电刷镀铁在钢基体表面制备超疏水镀层工艺，采用纳米复合电刷镀铁工艺和镀层发黑处理，在钢基体表面制备接触角大于150°，滚动角小于3°的超疏水镀层，由以下步骤构成：
(1)准备工作：首先依次用120#，240#，360#，600#的砂纸将工件打磨光亮，漏出金属基底，清洗干净并烘干；配制所需的电净液，活化液，特殊镍镀液，纳米复合电刷镀铁液，碱液和发黑液；
电净液配方：氢氧化钠(NaOH)，浓度为15g/L；磷酸三钠(Na3PO4)，浓度40g/L；十二烷基硫酸钠(NaC12H25SO4)，浓度0.1g/L；电净液PH(11～13)；
硫酸型活化液配方：浓硫酸(H2SO41.84g/L)，浓度80g/L；硫酸铵((NH4)2SO4)，浓度120g/L；十二烷基硫酸钠(NaC12H25SO4)，浓度0.1g/L；活化液PH(0.2～0.4)；
柠檬酸型活化液配方：柠檬酸三钠(Na3C6H5O72H2O)，浓度180g/L；氯化镍(NiCl2.6H2O)，浓度1g/L；柠檬酸(H3C6H5O7)，浓度130g/L和草酸铵(C2H8N2O4)，浓度0.1g/L；PH(4～4.5)；
特殊镍溶液配方：硫酸镍(NiSO4·7H2O)，浓度400g/L；氯化镍(NiCl2·6H2O)，浓度20g/L、乙酸(CH3COOH)，浓度68g/L；盐酸，含HCl 36％～38％，浓度20g/L；
纳米Cu/Al2O3复合Fe镀液配方：硫酸铁(FeSO4·7H2O)，浓度300g/L；柠檬酸(C6H8O7)，浓度120g/L；乙酸铵(CH3COONH4)，浓度40g/L、十二烷基硫酸钠(NaC12H25SO4)，浓度0.1g/L、草酸铵(C2H8N2O4·H2O)，浓度2g/L；纳米Al2O3，浓度5g/L；纳米Cu粉，浓度5g/L；镀液PH＝6；
碱液配方：氢氧化钠(NaOH)，浓度为15g/L；
发黑液配方：磷酸(H3PO4)，浓度7g/L；硝酸钙(Ca(NO3)2)，浓度100g/L；过氧化锰(MnO2)，浓度13g/L；
皂化液配方：肥皂30g/L；
(2)通过纳米复合电刷镀铁在钢表面上制备微纳米粗糙结构的工艺流程：电净→活化→镀底层→镀纳米Cu/Al2O3复合镀层→碱液浸泡，每步工艺完成后用水冲洗，防止镀液污染下一工艺；
每一道工序的电刷镀工艺参数：①电净：电压10V，刷镀速度8～10m/min，电净时间15s；②硫酸型活化液活化：电压(-8)V，刷镀速度8～10m/min，活化时间15s；柠檬酸型活化液活化：电压(-10)V，刷镀速度8～10m/min，活化时间30s；两种活化可任选其一；③镀底层：电压12V，刷镀速度6～8m/min，刷镀时间1min；④镀微纳米Cu/Al2O3复合镀层：电压8～10V，刷镀速度4～6m/min，刷镀时间2.5min；⑤将刷镀完的试样立即浸泡到浓度为5％的NaOH水溶液中，浸泡10min；
(3)对镀层进行发黑处理：清洗→氧化→清洗→皂化→热水煮洗→检查；每道工序的工艺参数：氧化温度：100℃；氧化时间：60min；皂化温度：80℃；皂化时间：10min；热水煮洗温度：70℃；时间1min；检查Fe3O4膜层是否合格方法：将工件置于浓度为2％的硫酸铜溶液中浸泡20s，不退黑色者为合格；
(4)用低表面能物质对粗糙表面修饰：将发黑好的试样，放入5g/L的硬脂酸(CH3(CH2)16COOH)乙醇溶液，60℃下浸泡50min，取出放入60℃的烘箱中干燥2小时，即可。
有益效果，由于采用了上述方案，采用纳米复合电刷镀铁和镀层发黑处理制备超疏水镀层，对超疏水表面低成本大面积制备技术和广泛应用具有重要意义。纳米复合电刷镀铁技术加发黑处理具有成本低廉，镀层结合力高，耐蚀耐磨，相比其他制备超疏水镀层方法性价比极高等优点。能对舰船、兵器表面及工业钢铁设备表面的提供持久有效保护，解决了目前超疏水表面制备过程中存在的表面机械强度低，工艺复杂，表面耐磨耐蚀性、持久性差，成本高的问题。
优点：在硬金属表面电刷镀铁然后进行发黑处理来构造超疏水表面具有设备轻便，工艺简单，成本低廉，镀层结合力强等优点，这对超疏水表面在超硬金属表面尤其是工业设备表面大面积快速制备超疏水表面的广泛应用具有重要意义，也为工业钢铁设备的腐蚀防护、保养提供了一种有效的途径。
(1)该镀层不但具有良好的超疏水性、自清洁性而且镀层做发黑处理后，形成的致密Fe3O4氧化层具有吸波性能，在枪炮，舰艇等军工产品上具有很好的应用价值。
(2)本发明可在钢基底材料纳米复合电刷镀铁的镀层硬度高结合力好，最高硬度达到600HV，发黑处理产生的氧化膜,防止超疏水镀层腐蚀上锈,提高镀层的耐磨性。
(3)电刷镀铁和发黑液所用化学试剂相对其它超疏水表面制备途径的成本低廉，采用硬脂酸修饰相比氟硅烷修饰成本得到极大降低，具有广泛的工业化应用前景。
本发明制备的超疏水表面疏水性能稳定，将其在空气和室温条件下放置几个月后，镀层仍然保持原来乌黑的表面和较好的超疏水性能，接触角仍然达到151°，滚动角小于3°。
本发明涉及一种微纳米电刷镀铁在金属基底制备超疏水镀层的方法，特别是一种低廉，大面积，快速制备高稳定性，高耐磨和耐蚀性超疏水镀层的新工艺，属于材料表面工程技术领域。
具体实施方式
实施例1：纳米复合电刷镀铁在钢基体表面制备超疏水镀层工艺，采用纳米复合电刷镀铁工艺和镀层发黑处理，在钢基体表面制备接触角大于150°，滚动角小于3°的超疏水镀层，由以下步骤构成：
(1)准备工作：首先依次用120#，240#，360#，600#的砂纸将工件打磨光亮，漏出金属基底，清洗干净并烘干；配制所需的电净液，活化液，特殊镍镀液，纳米复合电刷镀铁液，碱液和发黑液。
电净液配方：氢氧化钠(NaOH)，浓度为15g/L；磷酸三钠(Na3PO4)，浓度40g/L；十二烷基硫酸钠(NaC12H25SO4)，浓度0.1g/L；电净液PH(11～13)；
硫酸型活化液配方：浓硫酸(H2SO41.84g/L)，浓度80g/L；硫酸铵((NH4)2SO4)，浓度120g/L；十二烷基硫酸钠(NaC12H25SO4)，浓度0.1g/L；活化液PH(0.2～0.4)；
柠檬酸型活化液配方：柠檬酸三钠(Na3C6H5O72H2O)，浓度180g/L；氯化镍(NiCl2.6H2O)，浓度1g/L；柠檬酸(H3C6H5O7)，浓度130g/L和草酸铵(C2H8N2O4)，浓度0.1g/L；活化液PH(4～4.5)；
特殊镍溶液配方：硫酸镍(NiSO4·7H2O)，浓度400g/L；氯化镍(NiCl2·6H2O)，浓度20g/L、乙酸(CH3COOH)，浓度68g/L；盐酸，含HCl 36％～38％，浓度20g/L；
纳米Cu/Al2O3复合Fe镀液配方：硫酸铁(FeSO4·7H2O)，浓度300g/L；柠檬酸(C6H8O7)，浓度120g/L；乙酸铵(CH3COONH4)，浓度40g/L、十二烷基硫酸钠(NaC12H25SO4)，浓度0.1g/L、草酸铵(C2H8N2O4·H2O)，浓度2g/L；纳米Al2O3，浓度5g/L；纳米Cu粉，浓度5g/L；镀液PH＝6；
碱液配方：氢氧化钠(NaOH)，浓度为15g/L；
发黑液配方：磷酸(H3PO4)，浓度7g/L；硝酸钙(Ca(NO3)2)，浓度100g/L；过氧化锰(MnO2)，浓度13g/L；
皂化液配方：肥皂30g/L；
(2)通过纳米复合电刷镀铁在钢表面上制备微纳米粗糙结构的工艺流程：电净→活化→镀底层→镀纳米Cu/Al2O3复合镀层→碱液浸泡，每步工艺完成后用水冲洗，防止镀液污染下一工艺。
每一道工序的电刷镀工艺参数：①电净：电压10V，刷镀速度8～10m/min，电净时间15s；②硫酸型活化液活化：电压(-8)V，刷镀速度8～10m/min，活化时间15s；柠檬酸型活化液活化：电压(-10)V，刷镀速度8～10m/min，活化时间30s；③镀底层：电压12V，刷镀速度6～8m/min，刷镀时间1min；④镀微纳米Cu/Al2O3复合镀层：电压8～10V，刷镀速度4～6m/min，刷镀时间2.5min；⑤将刷镀完的试样立即浸泡到浓度为5％的NaOH水溶液中，浸泡10min；
(3)对镀层进行发黑处理：清洗→氧化→清洗→皂化→热水煮洗→检查。
每道工序的工艺参数：氧化温度：100℃；氧化时间：60min；皂化温度：80℃；皂化时间：10min；热水煮洗温度：70℃；时间1min；检查Fe3O4膜层是否合格方法：将工件置于浓度为2％的硫酸铜溶液中浸泡20s，不退黑色者为合格；
(4)用低表面能物质对粗糙表面修饰：将发黑好的试样，放入5g/L的硬脂酸(CH3(CH2)16COOH)乙醇溶液，60℃下浸泡50min，取出放入60℃的烘箱中干燥2小时，即可。
Claims (1)
1.一种Fe基纳米复合电刷镀在钢基底制备超疏水镀层的方法，其特征是：纳米复合电刷镀铁在钢基体表面制备超疏水镀层工艺，采用纳米复合电刷镀铁工艺和镀层发黑处理，在钢基体表面制备接触角大于150°，滚动角小于3°的超疏水镀层，由以下步骤构成：
（1）准备工作：首先依次用120#，240#，360#，600#的砂纸将工件打磨光亮，漏出金属基底，清洗干净并烘干；配制所需的电净液，活化液，特殊镍镀液，纳米复合电刷镀铁液，碱液和发黑液；
电净液配方：氢氧化钠（NaOH），浓度为15g/L；磷酸三钠（Na3PO4），浓度40g/L；十二烷基硫酸钠（NaC12H25SO4），浓度0.1g/L；电净液PH(11~13)；
硫酸型活化液配方：浓硫酸（H2SO4 1.84g/L），浓度80g/L；硫酸铵（(NH4)2SO4），浓度120g/L；十二烷基硫酸钠（NaC12H25SO4），浓度0.1g/L；活化液PH(0.2~0.4)；
柠檬酸型活化液配方：柠檬酸三钠 （Na3C6H5O7 2H2O），浓度180g/L；氯化镍（NiCl2.6H2O），浓度1g/L；柠檬酸（H3C6H5O7），浓度130g/L和草酸铵（C2H8N2O4），浓度0.1g/L；PH(4~4.5)；
特殊镍溶液配方：硫酸镍（NiSO4·7H2O），浓度400g/L；氯化镍（NiCl2·6H2O），浓度20g/L、乙酸（CH3COOH），浓度68g/L；盐酸，含HCl 36%~38%，浓度20g/L；
纳米Cu/Al2O3复合Fe镀液配方：硫酸铁(FeSO4·7H2O)，浓度300g/L；柠檬酸（C6H8O7），浓度120g/L；乙酸铵（CH3COONH4），浓度40g/L、十二烷基硫酸钠（NaC12H25SO4），浓度0.1g/L、草酸铵（C2H8N2O4·H2O），浓度2g/L；纳米Al2O3，浓度5g/L；纳米Cu粉，浓度5g/L；镀液PH=6；
碱液配方：氢氧化钠（NaOH），浓度为15g/L；
发黑液配方：磷酸（H3PO4），浓度7g/L；硝酸钙（Ca（NO3）2），浓度100g/L；过氧化锰（MnO2），浓度13g/L；
皂化液配方：肥皂30g/L；
（2）通过纳米复合电刷镀铁在钢表面上制备微纳米粗糙结构的工艺流程：电净→活化→镀底层→镀纳米Cu/Al2O3复合镀层→碱液浸泡，每步工艺完成后用水冲洗，防止镀液污染下一工艺；
每一道工序的电刷镀工艺参数：①电净：电压10V，刷镀速度8~10m/min，电净时间15s；②硫酸型活化液活化：电压（-8）V，刷镀速度8~10m/min，活化时间15s；柠檬酸型活化液活化：电压（-10）V，刷镀速度8~10m/min，活化时间30s；两种活化可任选其一;③镀底层：电压12V，刷镀速度6~8m/min，刷镀时间1min；④镀微纳米Cu/Al2O3复合镀层：电压8~10V，刷镀速度4~6m/min，刷镀时间2.5min；⑤将刷镀完的试样立即浸泡到浓度为5%的NaOH水溶液中，浸泡10min；
（3）对镀层进行发黑处理：清洗→氧化→清洗→皂化→热水煮洗→检查；每道工序的工艺参数：氧化温度：100℃；氧化时间：60min；皂化温度：80℃；皂化时间：10min；热水煮洗温度：70℃；时间1min；检查Fe3O4膜层是否合格方法：将工件置于浓度为2％的硫酸铜溶液中浸泡20s，不退黑色者为合格；
（4）用低表面能物质对粗糙表面修饰：将发黑好的试样，放入5g/L的硬脂酸（CH3(CH2)16COOH）乙醇溶液，60℃下浸泡50min，取出放入60℃的烘箱中干燥2小时，即可。
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| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20170620 Termination date: 20190420 |