一種工程用超疏水金屬鍍層及其制備方法與流程

本發明屬于表面疏水材料制備領域，具體涉及一種新型超疏水性金屬鍍層及其制備方法。

背景技術：

金屬的腐蝕給我國的國民經濟造成了巨大的損失，其中大氣腐蝕引起的損失最為嚴重，占腐蝕總量的一半以上。大氣腐蝕通常是有金屬表面所形成的濕氣膜(水膜)造成的，因此通過表面技術賦予金屬表面疏水的功能特性是抵御惡劣大氣環境造成腐蝕的有效手段。超疏水材料作為一種新型的功能材料，由于水滴在其表面呈現出無法滑動鋪展而保持球型滾動狀的特性，因而兼具自清潔、防污染、防腐蝕、防霧等諸多功能，在建筑、生物科技、交通運輸及微量分析等諸多領域都具有廣闊的應用前景。

目前金屬表面制備超疏水涂鍍層的大多使用低表面能有機物進行表面修飾。而有機化合物的化學、熱力學和機械穩定性差，很難保證其使用壽命，這成為制約超疏水表面在工程中應用的主要原因。因此，開發無需使用有機物而直接實現表面超疏水的新型涂鍍層在工程應用領域都具有深遠的意義。

技術實現要素：

針對現有超疏水表面制備技術存在的缺陷，本發明的目的是提供一種制備工藝簡單、穩定性好、可規模化生產的新型超疏水金屬鍍層及其制備方法。

為達到上述發明目的，本發明采用如下技術方案：

本發明提供了一種工程用超疏水金屬鍍層的制備方法，包括如下步驟

(1)鍍液的配制：

將一定量的檸檬酸鹽作為絡合劑溶于水中，充分攪拌后依次加入一定量的鎳鹽、銅鹽，并加入適量甘氨酸和鎢酸鹽，最后用硫酸和氨水調節ph值控制在4～10的范圍內，即得到鍍液；

(2)鍍層的制備：

將上述鍍液置于電解槽中，并以工程中常用的金屬工件經過清洗、除銹及吹干后作為陰極，以鎳片作為陽極，采用直流電沉積或者脈沖電沉積方式電鍍得到電鍍層。

作為本發明對上述方案的進一步優選，所述步驟(1)中鍍液量至少為1l，且鍍液中各組分的含量為：檸檬酸鈉20～200g/l、鎢酸鈉2～500g/l、硫酸鎳2～200g/l、硫酸銅0.1～10g/l、溴化鈉1～50g/l、氯化銨1～60g/l以及甘氨酸0.1～10g/l。

作為本發明對上述方案的進一步優選，所述鍍液的ph值調節為7.5或8。

作為本發明對上述方案的進一步優選，所述步驟(2)中的金屬工件包括低碳鋼或紫銅工件。

作為本發明對上述方案的進一步優選，步驟(2)中電鍍過程陰極電流密度控制在2～8a/dm²，鍍液溫度控制在20～60℃，電鍍液時間為0.5～2個小時。

本發明還提供一種上述的工程用超疏水金屬鍍層的制備方法所制備得到的工程用超疏水金屬鍍層。

進一步地，所述超疏水金屬鍍層包含鎳、鎢、銅、碳、氧元素及雜質元素，其中鍍層中鎳含量為20～70wt.％；鎢含量為5～60wt.％；銅含量為0.1～10wt.％；碳含量0～10wt.％；氧含量0～12wt.％；其余為雜質元素。

本發明的有益效果在于：

(1)本發明所制備的鍍層主要含有鎳、鎢和銅元素，鍍層不僅具有超疏水的特性，且本身的耐腐蝕性能優異，可有效用于工程防腐領域。

(2)本發明利用直流電鍍或脈沖電鍍的方法在工程用的金屬材料表面制備一層大面積的金屬鍍層。所需的設備簡單，工藝過程穩定可控，且可以大面積生產，適合工程應用。

(3)本發明使用電沉積法“一步”即可實現超疏水表面的制備，不使用有機物修飾的制備工藝既簡化了制備工藝，又保證了鍍層的穩定性。

附圖說明

圖1為實施例1中超疏水金屬鍍層與水接觸角示意圖；

圖2為實施例2中超疏水金屬鍍層與水接觸角示意圖。

其中，1—水滴，2—鍍層。

具體實施方式

為使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體實施方式，進一步闡述本發明。

實施例1

本實施例中，依次將260g硫酸鎳，360g檸檬酸鈉，33g硫酸銅，204g溴化鈉，260g氯化銨，980g鎢酸鈉，10g甘氨酸加入到去離子水中配制成10l的鍍液，并通過硫酸和氨水將鍍液的ph值調節至8。

本實施例中采用低碳鋼作為陰極基體，拋光清洗后采用直流電沉積的方法進行電鍍，陰極電流密度為4a/dm²,電鍍時間為60分鐘。如圖1所示，將所沉積的表面鍍層2清洗后烘干后即呈現出超疏水的特性，水滴1在其表面的接觸角為153±2°。

實施例2

本實施例中，使用290g硫酸鎳，320g檸檬酸鈉，44g硫酸銅，180g溴化鈉，200g氯化銨，980g鎢酸鈉以及15g甘氨酸加入到去離子水中配制成10l的鍍液，并通過硫酸和氨水將鍍液的ph值調節至8。

本實施例中采用紫銅為陰極基體，拋光清洗后采用脈沖電沉積的方法進行電鍍，陰極電流密度為5a/dm²,占空比為0.6，電鍍時間為90分鐘。如圖2所示，將所沉積的表面鍍層2清洗后烘干后即呈現出超疏水的特性，水滴1在其表面的接觸角為151±2°。

本技術領域中的普通技術人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說明本發明，而并非用作為對本發明的限定，只要在本發明的實質精神范圍內，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本發明的權利要求范圍內。

技術特征：

技術總結
本發明公開了一種工程用超疏水金屬鍍層的制備方法，屬于表面疏水材料制備領域，包括如下步驟(1)鍍液的配制：將一定量的檸檬酸鹽作為絡合劑溶于水中，充分攪拌后依次加入一定量的鎳鹽、銅鹽，并加入適量甘氨酸和鎢酸鹽，最后用硫酸和氨水調節pH值控制在4～10的范圍內，即得到鍍液；(2)鍍層的制備：將上述鍍液置于電解槽中，并以工程中常用的金屬工件經過清洗、除銹及吹干后作為陰極，以鎳片作為陽極，采用直流電沉積或者脈沖電沉積方式電鍍得到電鍍層。本發明中的超疏水金屬鍍層不僅具有超疏水的特性，且本身的耐腐蝕性能優異，可有效用于工程防腐領域。

技術研發人員：周瓊宇;冷翔;歐平;王小芬;齊亮
受保護的技術使用者：江西理工大學
技術研發日：2017.06.26
技術公布日：2017.10.03