一種鈦合金表面ptfe

?

sio2超疏水涂層的制備方法

技術(shù)領(lǐng)域

1.本發(fā)明主要涉及超疏水涂層相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種鈦合金表面ptfe

?

sio2超疏水涂層的制備方法。

背景技術(shù)：

2.超疏水涂層是指涂層表面與水的靜態(tài)接觸角大于150度，滾動接觸角小于10度的涂層。超疏水涂層優(yōu)異的表面性能，如自清潔、防水、防冰、防污染等，使其在社會生產(chǎn)活動中具有廣泛的應(yīng)用前景。

3.常見的超疏水涂層制備方法包括自組裝法、粒子填充法、溶膠

?

凝膠法、電化學(xué)沉積法等，但復(fù)雜的工藝流程以及高昂的成本使目前的這些方法難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。因此，研究一種工藝更簡單，成本更低、可大規(guī)模生產(chǎn)且性能良好較好的超疏水涂層及其制備方法具有重要的應(yīng)用價值和實(shí)際意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

4.本發(fā)明的目的在于提供一種鈦合金表面ptfe

?

sio2超疏水涂層的制備方法，通過簡單的工藝流程，使得超疏水涂層制備成本更低、且具有極好的疏水性，使其工業(yè)化應(yīng)用于航空等領(lǐng)域變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

5.本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

6.一種鈦合金表面ptfe

?

sio2超疏水涂層的制備方法，包括如下步驟：

7.s1、取干燥的sio2粉末與去離子水混合，利用磁力攪拌器在30℃、300r/min下攪拌15min，再向溶液中加入ptfe溶液，繼續(xù)使用磁力攪拌器在30℃、300r/min下攪拌15min，得到含氟及納米顆粒的涂料，

8.其中sio2粉末的質(zhì)量、去離子水的體積、ptfe溶液的體積比為(0.6

?

0.9)g：10ml：5ml；

9.s2、鈦合金使用砂紙打磨光滑，依次用丙酮、無水乙醇以及去離子水對鋁合金表面進(jìn)行超聲清洗5min，然后對其表面干燥，將涂料噴涂至鈦合金表面，待其表面涂層固化得到超疏水涂層。

10.進(jìn)一步，步驟s1中，干燥的sio2粉末制備方法如下：

11.將球型sio2顆粒與無水乙醇混合，滴入kh550，使用磁力攪拌器對混合溶液攪拌15min，將混合溶液放入真空干燥箱，在60℃下保溫24小時，使sio2顆粒干燥至粉末狀。

12.進(jìn)一步，所述球型sio2顆粒的直徑為100nm。

13.進(jìn)一步，步驟s1中，sio2粉末的質(zhì)量、去離子水的體積、ptfe溶液的體積比為0.8g：10ml：5ml。

14.進(jìn)一步，步驟s2中，利用真空干燥箱對鈦合金表面進(jìn)行干燥。

15.進(jìn)一步，步驟s2中，使用600#、1000#砂紙對鈦合金表面進(jìn)行打磨。

16.進(jìn)一步，步驟s2中，涂料噴涂后，將基材在26℃的室溫環(huán)境下靜置24h，使其表面涂

層完全固化。

17.對比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果在于：

18.本發(fā)明方法所制備的超疏水涂層具有微納米結(jié)構(gòu)，其制作工藝簡單、制備的涂層效果好，能夠工業(yè)大規(guī)模應(yīng)用于航空等領(lǐng)域。

附圖說明

19.附圖1是本發(fā)明實(shí)施例1中各涂層表面掃描電鏡圖片。

20.附圖2是本發(fā)明實(shí)施例2中水滴在涂層表面的反彈高度隨時間的變化示意圖。

21.附圖3是本發(fā)明實(shí)施例2中涂層腐蝕試驗(yàn)過程示意圖。

22.附圖4是本發(fā)明實(shí)施例2中腐蝕后涂層表面的微觀結(jié)構(gòu)示意圖。

23.附圖5是本發(fā)明實(shí)施例2中涂層表面為微觀結(jié)構(gòu)示意圖。

24.附圖6是本發(fā)明實(shí)施例2中涂層表面水滴的結(jié)冰過程。

具體實(shí)施方式

25.下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本技術(shù)所限定的范圍。

26.實(shí)施例1：

27.本發(fā)明實(shí)施例提供一種鈦合金表面ptfe

?

sio2超疏水涂層的制備方法，其主要分為涂料的制備以及涂料的噴涂兩個步驟。

28.其中，涂料的制備工藝如下。

29.將直徑為100nm的球型sio2顆粒與無水乙醇混合，并滴入微量kh550，使用磁力攪拌器對混合溶液攪拌15min，將混合溶液放入真空干燥箱，在60℃下保溫24小時，使sio2顆粒干燥至粉末狀。分別取0.2g、0.5g、0.8g、1.1g干燥后的sio2粉末與10ml的去離子水混合，利用磁力攪拌器在30℃、300r/min下攪拌15min，再向溶液中加入5ml的ptfe溶液，繼續(xù)使用磁力攪拌器在30℃、300r/min下攪拌15min，得到多組分的含氟及納米顆粒的涂料。

30.涂料的噴涂工藝如下。

31.30mm

×

5mm

×

2mm的鈦合金(ti6al4v)使用600#、1000#砂紙打磨至表面無明顯劃痕；依次用丙酮、無水乙醇以及去離子水對鋁合金表面進(jìn)行超聲清洗5min，然后利用真空干燥箱對其表面干燥。

32.使用噴槍將涂料噴涂至航空鋁合金基材表面。噴涂后將基材在26℃的室溫環(huán)境下靜置24h，使其表面涂層完全固化。

33.在上述實(shí)施例1中，分別通過0.2g、0.5g、0.8g、1.1g干燥后的sio2粉末與10ml的去離子水，5ml的ptfe溶液進(jìn)行混合。所制備的各涂層如圖1所示，圖1是涂層固化后放大100倍的掃描電鏡圖像。其中圖1中(a)為0.2g、(b)為0.5g、(c)為0.8g，(d)為1.1g情況下對應(yīng)的電鏡圖片。

34.可知，圖1(a)中，由于sio2含量較低，在涂料中分散度較大，因此所形成的涂層表面像珊瑚叢一樣，布滿了凹坑。在圖1(b)中，sio2含量相對增加，涂層表面具有微納米結(jié)構(gòu)，但微納米結(jié)構(gòu)的分布并不均勻；在圖1(c)中，涂層表面形成具有明顯的均勻分布的微納米

的結(jié)構(gòu)，與荷葉表面在微觀下的結(jié)構(gòu)非常類似。在圖1(d)中，sio2含量過高，擠壓在一起，導(dǎo)致涂層表面固化后形成了大量的溝壑。如下表1是四種不同sio2含量的涂層表面的靜態(tài)接觸角以及滾動角。

35.表1不同sio2含量的涂層表面的靜態(tài)接觸角以及滾動角

[0036][0037]

根據(jù)圖1以及表1的數(shù)據(jù)可知，按照“0.8g sio2+10ml h2o+5ml ptfe”配置的涂料，其在基材表面形成的涂層具有極強(qiáng)的疏水性。

[0038]

實(shí)施例2：

[0039]

本實(shí)施例是基于“0.8g sio2+10ml h2o+5ml ptfe”配置的涂料組分下對涂層的耐水沖擊性、耐酸堿腐蝕性以及低溫下防冰霜的性能進(jìn)行證明。

[0040]

對于涂層的耐水沖擊，將含有超疏水涂層的鈦合金基材放置在半導(dǎo)體制冷平臺表面，微量定量泵的針頭距離基材表面40mm。微型定量泵以100ml/h的輸出流量工作，使得直徑xmm和2.5mm的水滴連續(xù)不斷的沖擊涂層表面30min。

[0041]

室溫下，水滴與涂層表面的接觸以及反彈過程如圖3所示。

[0042]

經(jīng)過試驗(yàn)后涂層表面的靜態(tài)接觸角如表2所示。

[0043]

表2水沖擊試驗(yàn)后涂層表面的靜態(tài)接觸角變化。

[0044][0045]

可見，涂層具有極好的耐水沖擊性能。

[0046]

對于涂層耐酸堿腐蝕性能，為避免液滴在涂層表面的彈跳，液滴以極低的高度下落與涂層表面接觸并沿涂層表面滾動?；囊锌吭谕黄鸬男∑脚_上，其表面與半導(dǎo)體制冷臺之間的夾角為x。液滴的產(chǎn)生頻率為x，直徑為x，持續(xù)時間300min。

[0047]

參考圖3、4，可知，盡管經(jīng)過300min的腐蝕，液滴依然能夠沿涂層表面滾動，但涂層表面的微觀結(jié)構(gòu)有一定程度的被破壞。尤其是na(oh)與hcl，涂層表面部分區(qū)域的微觀結(jié)構(gòu)已經(jīng)變得模糊。而h2so4與hno3腐蝕的表面，涂層的微觀結(jié)構(gòu)破壞相對較小，其中hno3腐蝕的表面微觀結(jié)構(gòu)依然清晰。進(jìn)一步分析涂層腐蝕后表面的靜態(tài)接觸角，如表3所示。

[0048]

表3腐蝕后涂層表面的靜態(tài)接觸角

[0049][0050]

表面接觸角的情況顯示，盡管腐蝕造成了涂層表面微觀結(jié)構(gòu)一定程度的破壞，但并沒有造成涂層表面超疏水性能的失效。將微觀結(jié)構(gòu)模糊的表面放大至500倍，如圖5所示。

[0051]

可以看到，在模糊的微納米結(jié)構(gòu)表面，依然具備明顯的次級微納米結(jié)構(gòu)，因此，涂層表面的靜態(tài)接觸角下降不大，依然具備超疏水的性能。

[0052]

對于涂層的防冰霜性能。將半導(dǎo)體制冷平臺表面的溫度分別設(shè)定為

?

10℃以及

?

20℃，在兩個試樣表面滴直徑x的兩個水滴，觀察水滴在涂層表面的變化情況，測試涂層表面防冰的能力。如圖6所示?？芍繉颖砻婢哂薪档徒Y(jié)冰溫度以及延緩結(jié)冰的效果。

[0053]

綜上，可見，本實(shí)施例方法所制備的涂層其具有良好的疏水性、耐水沖擊性、耐酸堿腐蝕性以及低溫下防冰霜的性能，其能夠在工業(yè)中實(shí)際應(yīng)用。技術(shù)特征：

1.一種鈦合金表面ptfe

?

sio2超疏水涂層的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：s1、取干燥的sio2粉末與去離子水混合，利用磁力攪拌器在30℃、300r/min下攪拌15min，再向溶液中加入ptfe溶液，繼續(xù)使用磁力攪拌器在30℃、300r/min下攪拌15min，得到含氟及納米顆粒的涂料，其中sio2粉末的質(zhì)量、去離子水的體積、ptfe溶液的體積比為(0.6

?

0.9)g：10ml：5ml；s2、鈦合金使用砂紙打磨光滑，依次用丙酮、無水乙醇以及去離子水對鋁合金表面進(jìn)行超聲清洗5min，然后對其表面干燥，將涂料噴涂至鈦合金表面，待其表面涂層固化得到超疏水涂層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述鈦合金表面ptfe

?

sio2超疏水涂層的制備方法，其特征在于，步驟s1中，干燥的sio2粉末制備方法如下：將球型sio2顆粒與無水乙醇混合，滴入kh550，使用磁力攪拌器對混合溶液攪拌15min，將混合溶液放入真空干燥箱，在60℃下保溫24小時，使sio2顆粒干燥至粉末狀。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述鈦合金表面ptfe

?

sio2超疏水涂層的制備方法，其特征在于，所述球型sio2顆粒的直徑為100nm。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述鈦合金表面ptfe

?

sio2超疏水涂層的制備方法，其特征在于，步驟s1中，sio2粉末的質(zhì)量、去離子水的體積、ptfe溶液的體積比為0.8g：10ml：5ml。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述鈦合金表面ptfe

?

sio2超疏水涂層的制備方法，其特征在于，步驟s2中，利用真空干燥箱對鈦合金表面進(jìn)行干燥。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述鈦合金表面ptfe

?

sio2超疏水涂層的制備方法，其特征在于，步驟s2中，使用600#、1000#砂紙對鈦合金表面進(jìn)行打磨。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述鈦合金表面ptfe

?

sio2超疏水涂層的制備方法，其特征在于，步驟s2中，涂料噴涂后，將基材在26℃的室溫環(huán)境下靜置24h，使其表面涂層完全固化。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開了一種鈦合金表面PTFE

技術(shù)研發(fā)人員：邱超 李夢 韓明煒 安斯奇 賴安卿

受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國民用航空飛行學(xué)院

技術(shù)研發(fā)日：2021.08.20

技術(shù)公布日：2021/9/28