一种表面微纳结构的疏水耐腐蚀铜涂层的制备方法

背景技术：

1、随着电沉积法制备纳米材料的方法逐渐成熟，拥有特殊性能的纳米材料越来越受到人们的关注，而纳米材料中特殊表面润湿性材料也进入人们的视野中。接触角大于90°表面称为疏水表面。而疏水表面所表现出的独特的防腐蚀、流体减阻及抗结冰等特性,在工农业生产中有广阔的潜在应用价值。

2、随着社会的发展我国海港、桥梁、隧道以及海岸工程建设蓬勃发展。按照设计，重大海洋工程设施通常有数十年甚至上百年的服役寿命。然而，调查显示，我国部分设施结构件建成仅几年即出现锈蚀。金属铜具有较好的耐腐蚀性，可作为设施结构理想的防腐保护层。疏水表面的防粘附性，可大大降低液体的输送阻力。目前有关铜基金属超疏水表面的制备方法较多，但是这些方法大都有制备条件苛刻、成本较高和机械稳定性较差等问题，严重制约其应用。

技术实现思路

1、一种表面微纳结构的疏水耐腐蚀铜涂层的制备方法。

2、本发明通过下面技术方案实现；

3、步骤如下：用砂纸将纯铜片打磨至2000#，依次用石油醚、无水乙醇和离子水超声清洗30-50min；将清洗好的铜片浸入20-50度百分之10-20的硫酸中保温10-30min，然后将纯铜片用20-50度去离子水清洗2-8分钟。在电沉积溶液中电沉积2-30min，其中电流密度为0.6-3.6a/dm2，电沉积液由0.25-2g/l健那绿、0.05～1m/l铜离子、1-20g/l氯化钠，聚乙烯吡咯烷酮0.1～30g/l，有机添加剂0.1～30g/l，硼酸来组成离子液体，和0.2-0.5m/l硼酸组成的电沉积溶液，沉积时需用磁力搅拌器对沉积液进行搅拌，搅拌速率为400-1600r/min并保持温度在10-50度，电沉积后用无水乙醇和离子水循环超声清洗，将产物用离子水清洗晾干后，即得。该方法制备的cu涂层具有优异疏水性，良好的耐腐蚀性。

4、优选地,所述的制备方法中,依次用丙酮、无水乙醇和离子水超声清洗10-20min。

5、优选地，所述的制备方法中采用1000#、1500#、2000#sic砂纸依次打磨，每次打磨时间为10-60s。

6、优选地，所述的制备方法中，将清洗后的同伴浸入40度10%的硫酸中保温10min。

7、优选地，所述的制备方法中，用温度为40度的去离子水清洗2分钟。

8、优选地，所述的制备方法中，将纯铜片在20-50度的电沉积溶液中进行电沉积

9、优选地，所述的制备方法中，聚乙烯吡咯烷酮0.1～30g/l

10、优选的，所述的制备方法中，电流为1.2-3.0a/dm2

11、优选地，所述的制备方法中，搅拌速率为100-2400r/min

12、优选地，所述的制备方法中，电沉积时间为5-20min

13、优选地，所述的制备方法中，有机添加剂0.1～30g/l

14、优选地，所述的制备方法中，取出后在超声波乙醇溶液中清洗30s2

15、优选地，所述的制备方法中，超声波清洗时间为5-20min，超声波清洗设备的内槽高度为35-40cm，底部单块振板，功率保持在0.3-0.5w/cm2。本发明公开了一种在铜表面制备疏水耐腐蚀铜涂层方法，包括以下步骤：s1、电极前处理；s2、配置电解液；s3、电沉积；s4、电沉积后，将样品进行超声清洗、吹干得到铜基疏水耐腐蚀涂层；本发明通过采用绿色电沉积的手段来制备疏水耐腐蚀铜涂层，也就是采用聚乙烯吡咯烷酮，聚乙二醇，烟鲁绿离子液体作为电沉积过程中的基础电解液。其中烟鲁绿和聚乙烯吡咯烷酮降低铜箔表面粗糙度和晶粒尺寸相比于其他制备耐腐蚀涂层的工艺方法，与现有技术相比，本发明的有益效果是：

16、1)该溶液中主要包括氯化钠、聚乙二醇、烟鲁绿、聚二硫二丙硫酸钠等电镀溶液交换时间为5-20min之间，电流密度在1.2-3a/dm2之间，温度在20-50℃之间，搅拌速率在100-1400r/min之间；上述组份形成了适合大电流密度电镀铜层溶液；采用电流密度填充不会出现空洞、烧焦等问题，表面光亮，可以有效防止因为空洞以及烧焦导致电沉积层不均匀、抗腐蚀能力损耗过多等缺点，进一步提高材料的耐腐蚀性。

17、2、砂纸打磨时，采用1000#、1500#、2000#sic砂纸依次打磨，每次打磨时间为10-60s，其目的是除掉材料表面氧化层，以及通过物理磨削的方式在材料表面构筑微纳沟壑，使得离子依附在原有的微纳凸起处放电，使得晶粒更细小与铜基底与沉积层之间结合力更强。

18、3、本发明提供的定向电结晶方法具有工艺简单、成本低廉，对基底形状，材质无特殊要求，工艺重复性更高，且体系稳定，工艺参数易控制，这些优点符合当前社会发展和绿色制造的需要，具有更好的市场化运用的前景。

技术特征：

1.一种表面微纳结构的疏水耐腐蚀铜涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一步法制备铜基耐腐蚀涂层，其特征在于：在所述s1中，砂纸打磨抛光时，采用1000#、1500#、2000#sic砂纸依次打磨，每次打磨时间为10-60s，其目的是除掉材料表面氧化层，以及通过物理磨削的方式在材料表面构筑微纳沟壑，使得离子易在凸起处放电，使得晶粒更细小与铜基底与沉积层之间结合力更强；超声清洗溶液为石油醚，清洗时间为10-20min，超声波清洗设备的内槽高度为35-40cm，底部单块振板，功率保持在0.5-0.6w/cm2；放入10wt%硫酸溶液中酸洗的时间为8-12min。

3.根据权利要求1所述的一步法在铜表面制备耐腐蚀铜涂层，其特征在于：在所述s2中，所述烟鲁绿的浓度为0.25～2g/l；烟鲁绿吸附在基板沟壑处使得电沉积在基材表面均匀发生，抑制晶粒的生长。

4.根据权利要求1所述的一步法在铜表面制备耐腐蚀铜涂层，其特征在于：在所述s2中，铜离子由硫酸铜，氯化铜，甲基磺酸铜一种或两种以上构成。

5.根据权利要求1所述的一步法在铜表面制备耐腐蚀铜涂层，其特征在于：在所述s2中，有机添加剂是明胶，聚乙二醇,水杨酸,聚二硫二硫酸钠一种或两种以上组成离子液体主要起到增加润湿效果，整平表面和导向的作用。

6.根据权利要求1所述的一步法在铜表面制备耐腐蚀铜涂层，其特征在于：在所述s2中，1～20g/l氯化钠，主要作用提供氯离子含量增加阳离子的运输能力和电沉积层的电流耐受区间防止出现各种沉积缺陷。

7.根据权利要求1所述的一步法在铜表面制备耐腐蚀铜涂层，其特征在于：所述s3磁力搅拌速度为100-2400r/min主要作用是起到加速镀铜的效果。

8.根据权利要求1所述的一步法在铜表面制备耐腐蚀铜涂层，其特征在于：所述s3电沉积温度为20-50℃，电沉积时间为5-20分钟，电流密度为0.6～3.6a/dm2。

9.根据权利要求1所述的一步法在铜表面制备耐腐蚀铜涂层，其特征在于：在所述s5中，超声波清洗时间为5-20min，超声波清洗设备的内槽高度为35-40cm，底部单块振板，功率保持在0.3-0.5w/cm2。

技术总结
本发明公开了一种表面微纳结构的疏水耐腐蚀铜涂层的制备方法，包括以下步骤：S1、电极前处理；S2、配置电解液；S3、电沉积；S4、电沉积后，将样品进行超声清洗、吹干得到铜基疏水耐腐蚀涂层；本发明通过采用绿色电沉积的手段来制备疏水耐腐蚀铜涂层，也就是采用聚乙烯吡咯烷酮，聚乙二醇，烟鲁绿离子液体作为电沉积过程中的基础电解液。其中烟鲁绿和聚乙烯吡咯烷酮降低铜箔表面粗糙度和晶粒尺寸相比于其他制备耐腐蚀涂层的工艺方法，工艺重复性更高，参数更易调节，并且体系稳定，工艺参数易控制，这些优点符合当前社会发展和绿色制造的需要，具有更好的市场化运用的前景。

技术研发人员：姜巍,毛帅,沈鑫
受保护的技术使用者：哈尔滨理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16