一种适用于多种金属基材的SLIPS表面涂层及其制备方法与应用

一种适用于多种金属基材的slips表面涂层及其制备方法与应用
技术领域
1.本发明属于仿生超滑涂层技术领域，具体涉及一种适用于多种金属基材的slips表面涂层及其制备方法与应用。

背景技术：

2.仿生超滑涂层由于其独特的性能在防腐蚀、防污、防冰、减阻等领域获得了极大的关注。仿生超滑涂层的构筑一般分为三步：(1)多孔结构构筑；(2)超疏水改性；(3)润滑油灌注，其中多孔结构的构筑是最关键的因素，直接决定着润滑介质的灌入量及稳定保持。多孔结构的构筑方式多种多样，例如阳极氧化、化学刻蚀、水热等，但是目前的方式都有一定的局限性，只能针对特定的金属基材。

技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是提供一种适用于多种金属基材的slips表面涂层及其制备方法与应用，所得涂层具有光滑特性和自修复性能，可用于防腐蚀、防污、抗菌等领域。
4.为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
5.一种适用于多种金属基材的slips表面涂层的制备方法，包括以下步骤：
6.s1.在金属基材表面使用氢气泡模板法进行电沉积得到多孔镀层；
7.s2.对步骤s1得到的多孔镀层进行超疏水修饰得到疏水层；
8.s3.对步骤s2得到的疏水层灌注润滑油形成润滑层，最终得到由疏水层、润滑层组成的适用于多种金属基材的slips表面涂层。
9.进一步地，本发明所述多孔镀层为多孔镍镀层或多孔铜镀层，所述多孔镀层中孔隙的孔径为5-150微米。
10.进一步地，本发明所述多孔镍镀层由以下步骤制成：以镍为阳极、金属基材为阴极在多孔镍电镀液中进行电沉积，温度为30～60℃，多孔镍电镀液的ph值为3～5，电流密度为1～200a/dm2，时间为20～3600s，即得多孔镍镀层。
11.进一步地，本发明所述多孔镍电镀液由以下步骤制成：室温下将镍盐、氯化钠、络合剂及表面活性剂溶于纯水，磁力搅拌至混合均匀即得多孔镍电镀液，多孔镍电镀液中镍盐的浓度为0.05～5mol/l，氯化钠的浓度为0.1～2mol/l，络合剂的浓度为10～50g/l，表面活性剂的浓度为0.05～0.2g/l；镍盐为氯化镍、硫酸镍、氨基磺酸镍中的其中一种或多种，络合剂为柠檬酸、硼酸、硼酸钠、焦磷酸钾、焦磷酸钠中的其中一种或多种，表面活性剂为2-乙基己基硫酸钠、十二烷基硫酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚硫酸钠中的其中一种或多种。
12.进一步地，本发明所述多孔铜镀层由以下步骤制成：以磷铜为阳极、金属基材为阴极在多孔铜电镀液中进行电沉积，温度为30～60℃，多孔铜电镀液的ph值为3～5，电流密度为5～300a/dm2，时间为20～3600s，即得多孔铜镀层。
13.进一步地，本发明所述多孔铜电镀液由以下步骤制成：室温下将铜盐、酸、添加剂
溶于纯水，磁力搅拌至混合均匀即得多孔铜电镀液，多孔铜电镀液中铜盐的浓度为0.1～5mol/l，酸的浓度为0.1～3mol/l，添加剂的浓度为30～1000mg/l；铜盐为硫酸铜、氯化铜中的其中一种或两种，酸为硫酸、盐酸中的其中一种或两种，添加剂为氯化钠、聚乙二醇中的其中一种或两种。
14.进一步地，本发明所述金属基材由铜、镍、不锈钢或钛制成。
15.进一步地，本发明所述步骤s2为：将步骤s1得到的多孔镀层置于超疏水修饰溶液中浸泡20～40分钟，取出后置于120℃的烘箱中保温60分钟得到疏水层，超疏水修饰溶液由体积比为1∶(49～99)的超疏水修饰剂与溶剂组成，超疏水修饰剂为硬脂酸、全氟癸基三甲氧基硅烷、全氟癸基三乙氧基硅烷中的其中一种或多种，溶剂为乙醇；所述步骤s3为：将润滑油滴入步骤s2得到的疏水层，使润滑油充分灌注入多孔镀层的孔隙内形成润滑层，然后倾斜45
°
放置1小时排出多余的润滑油，最终得到由疏水层、润滑层组成的适用于多种金属基材的slips表面涂层，润滑油为全氟聚醚、二甲基硅油、离子液体中的其中一种或多种。
16.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
17.本发明是先利用氢气泡模板法在金属基材上电沉积构筑多孔镀层，然后依次进行超疏水修饰和润滑液灌注，使用氢气泡模板法可通过阴极析氢反应形成具有多孔结构以及较大比表面积的的多孔镀层，其与金属基材的结合力较强，因而适用于多种金属基材，而且多孔结构可有效增加润滑油的灌入量，使得所得涂层具有光滑特性和自修复性能，可用于减阻、防腐蚀、防污、抗菌等领域。
附图说明
18.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本发明实施例1制得的slips表面涂层的sem形貌图；
20.图2为本发明实施例1中步骤s2得到的疏水层的接触角示意图；
21.图3为本发明实施例1中步骤s3得到的润滑层的接触角示意图。
具体实施方式
22.通过应连同所附图式一起阅读的以下具体实施方式将更完整地理解本发明。本文中揭示本发明的详细实施例；然而，应理解，所揭示的实施例仅具本发明的示范性，本发明可以各种形式来体现。因此，本文中所揭示的特定功能细节不应解释为具有限制性，而是仅解释为权利要求书的基础且解释为用于教示所属领域的技术人员在事实上任何适当详细实施例中以不同方式采用本发明的代表性基础。
23.实施例1：按照以下步骤制备slips表面涂层：
24.s1.金属基材为纯铜，将其除油、除锈并抛光后作为阴极，以镍为阳极在多孔镍电镀液中进行电沉积，温度为50℃，多孔镍电镀液的ph值为4.5，电流密度为5a/dm2，时间为1200s，即得多孔镍镀层；多孔镍电镀液由以下步骤制成：室温下将硫酸镍、氯化钠、硼酸及十二烷基硫酸钠溶于纯水，磁力搅拌至混合均匀即得多孔镍电镀液，多孔镍电镀液中硫酸
镍的浓度为0.5mol/l，氯化钠的浓度为0.5mol/l，硼酸的浓度为35g/l，十二烷基硫酸钠的浓度为0.1g/l；
25.s2.将步骤s1得到的多孔镍镀层置于超疏水修饰溶液中浸泡30分钟，取出后置于120℃的烘箱中保温60分钟得到疏水层，超疏水修饰溶液由体积比为1∶99的全氟癸基三乙氧基硅烷与乙醇组成；
26.s3.将1000μl全氟聚醚滴入步骤s2得到的疏水层，使全氟聚醚充分灌注入多孔镍镀层的孔隙内形成润滑层，然后倾斜45
°
放置1小时排出多余的全氟聚醚，最终得到由疏水层、润滑层组成的slips表面涂层。
27.实施例2：按照以下步骤制备slips表面涂层：
28.s1.金属基材为316l不锈钢，将其除油、除锈并抛光后作为阴极，以镍为阳极在多孔镍电镀液中进行电沉积，温度为50℃，多孔镍电镀液的ph值为4.5，电流密度为10a/dm2，时间为1200s，即得多孔镍镀层；多孔镍电镀液由以下步骤制成：室温下将氯化镍、氯化钠、硼酸及十二烷基硫酸钠溶于纯水，磁力搅拌至混合均匀即得多孔镍电镀液，多孔镍电镀液中硫酸镍的浓度为0.5mol/l，氯化钠的浓度为1mol/l，硼酸的浓度为35g/l，十二烷基硫酸钠的浓度为0.1g/l；
29.s2.将步骤s1得到的多孔镍镀层置于超疏水修饰溶液中浸泡30分钟，取出后置于120℃的烘箱中保温60分钟得到疏水层，超疏水修饰溶液由体积比为1∶49的全氟癸基三乙氧基硅烷与乙醇组成；
30.s3.将1000μl二甲基硅油滴入步骤s2得到的疏水层，使二甲基硅油充分灌注入多孔镍镀层的孔隙内形成润滑层，然后倾斜45
°
放置1小时排出多余的二甲基硅油，最终得到由疏水层、润滑层组成的slips表面涂层。
31.实施例3：按照以下步骤制备slips表面涂层：
32.s1.金属基材为纯铜，将其除油、除锈并抛光后作为阴极，以磷铜为阳极在多孔铜电镀液中进行电沉积，温度为50℃，多孔铜电镀液的ph值为4.5，电流密度为5a/dm2，时间为1200s，即得多孔铜镀层；多孔铜电镀液由以下步骤制成：室温下将硫酸铜、硫酸、氯化钠溶于纯水，磁力搅拌至混合均匀即得多孔铜电镀液，多孔铜电镀液中硫酸铜的浓度为0.5mol/l，硫酸的浓度为1mol/l，氯化钠的浓度为500mg/l；
33.s2.将步骤s1得到的多孔铜镀层置于超疏水修饰溶液中浸泡30分钟，取出后置于120℃的烘箱中保温60分钟得到疏水层，超疏水修饰溶液由体积比为1∶99的硬脂酸与乙醇组成；
34.s3.将1000μl二甲基硅油滴入步骤s2得到的疏水层，使二甲基硅油充分灌注入多孔铜镀层的孔隙内形成润滑层，然后倾斜45
°
放置1小时排出多余的二甲基硅油，最终得到由疏水层、润滑层组成的slips表面涂层。
35.实施例4：按照以下步骤制备slips表面涂层：
36.s1.金属基材为316l不锈钢，将其除油、除锈并抛光后作为阴极，以磷铜为阳极在多孔铜电镀液中进行电沉积，温度为50℃，多孔铜电镀液的ph值为4.5，电流密度为5a/dm2，时间为1200s，即得多孔铜镀层；多孔铜电镀液由以下步骤制成：室温下将硫酸铜、硫酸、聚乙二醇溶于纯水，磁力搅拌至混合均匀即得多孔铜电镀液，多孔铜电镀液中硫酸铜的浓度为0.5mol/l，硫酸的浓度为1mol/l，聚乙二醇的浓度为100mg/l；
37.s2.将步骤s1得到的多孔铜镀层置于超疏水修饰溶液中浸泡30分钟，取出后置于120℃的烘箱中保温60分钟得到疏水层，超疏水修饰溶液由体积比为1∶49的硬脂酸与乙醇组成；
38.s3.将1000μl二甲基硅油滴入步骤s2得到的疏水层，使二甲基硅油充分灌注入多孔铜镀层的孔隙内形成润滑层，然后倾斜45
°
放置1小时排出多余的二甲基硅油，最终得到由疏水层、润滑层组成的slips表面涂层。
39.参照实施例1的方式，对实施例2-4所形成的涂层形貌、润湿性进行表征，可以获得与实施例1相似的表征结果。综上，本发明克服了现有涂层构筑方法的局限性，适用于多种金属基底，所得涂层具有光滑特性和自修复性能，可用于减阻、防腐蚀、防污、抗菌等领域。
40.实施例5：按照以下步骤制备slips表面涂层：
41.s1.金属基材为纯铜，将其除油、除锈并抛光后作为阴极，以镍为阳极在多孔镍电镀液中进行电沉积，温度为30℃，多孔镍电镀液的ph值为3，电流密度为200a/dm2，时间为20s，即得多孔镍镀层；多孔镍电镀液由以下步骤制成：室温下将氨基磺酸镍、氯化钠、柠檬酸及2-乙基己基硫酸钠溶于纯水，磁力搅拌至混合均匀即得多孔镍电镀液，多孔镍电镀液中氨基磺酸镍的浓度为5mol/l，氯化钠的浓度为2mol/l，柠檬酸的浓度为10g/l，2-乙基己基硫酸钠的浓度为0.05g/l；
42.s2.将步骤s1得到的多孔镍镀层置于超疏水修饰溶液中浸泡20分钟，取出后置于120℃的烘箱中保温60分钟得到疏水层，超疏水修饰溶液由体积比为1∶59的全氟癸基三甲氧基硅烷与乙醇组成；
43.s3.将1000μl离子液体滴入步骤s2得到的疏水层，使离子液体充分灌注入多孔镍镀层的孔隙内形成润滑层，然后倾斜45
°
放置1小时排出多余的离子液体，最终得到由疏水层、润滑层组成的slips表面涂层。
44.实施例6：按照以下步骤制备slips表面涂层：
45.s1.金属基材为钛，将其除油、除锈并抛光后作为阴极，以镍为阳极在多孔镍电镀液中进行电沉积，温度为60℃，多孔镍电镀液的ph值为5，电流密度为1a/dm2，时间为3600s，即得多孔镍镀层；多孔镍电镀液由以下步骤制成：室温下将硫酸镍、氯化钠、焦磷酸钠及烷基酚聚氧乙烯醚硫酸钠溶于纯水，磁力搅拌至混合均匀即得多孔镍电镀液，多孔镍电镀液中硫酸镍的浓度为0.05mol/l，氯化钠的浓度为0.1mol/l，焦磷酸钠的浓度为50g/l，烷基酚聚氧乙烯醚硫酸钠的浓度为0.2g/l；
46.s2.将步骤s1得到的多孔镍镀层置于超疏水修饰溶液中浸泡40分钟，取出后置于120℃的烘箱中保温60分钟得到疏水层，超疏水修饰溶液由体积比为1∶79的全氟癸基三乙氧基硅烷与乙醇组成；
47.s3.将1000μl二甲基硅油滴入步骤s2得到的疏水层，使二甲基硅油充分灌注入多孔镍镀层的孔隙内形成润滑层，然后倾斜45
°
放置1小时排出多余的二甲基硅油，最终得到由疏水层、润滑层组成的slips表面涂层。
48.实施例7：按照以下步骤制备slips表面涂层：
49.s1.金属基材为镍，将其除油、除锈并抛光后作为阴极，以磷铜为阳极在多孔铜电镀液中进行电沉积，温度为30℃，多孔铜电镀液的ph值为3，电流密度为300a/dm2，时间为20s，即得多孔铜镀层；多孔铜电镀液由以下步骤制成：室温下将氯化铜、盐酸、氯化钠溶于
纯水，磁力搅拌至混合均匀即得多孔铜电镀液，多孔铜电镀液中氯化铜的浓度为0.1mol/l，盐酸的浓度为0.1mol/l，氯化钠的浓度为30mg/l；
50.s2.将步骤s1得到的多孔铜镀层置于超疏水修饰溶液中浸泡20分钟，取出后置于120℃的烘箱中保温60分钟得到疏水层，超疏水修饰溶液由体积比为1∶79的全氟癸基三甲氧基硅烷与乙醇组成；
51.s3.将1000μl全氟聚醚滴入步骤s2得到的疏水层，使全氟聚醚充分灌注入多孔铜镀层的孔隙内形成润滑层，然后倾斜45
°
放置1小时排出多余的全氟聚醚，最终得到由疏水层、润滑层组成的slips表面涂层。
52.实施例8：按照以下步骤制备slips表面涂层：
53.s1.金属基材为钛，将其除油、除锈并抛光后作为阴极，以磷铜为阳极在多孔铜电镀液中进行电沉积，温度为60℃，多孔铜电镀液的ph值为5，电流密度为150a/dm2，时间为3600s，即得多孔铜镀层；多孔铜电镀液由以下步骤制成：室温下将氯化铜、盐酸、聚乙二醇溶于纯水，磁力搅拌至混合均匀即得多孔铜电镀液，多孔铜电镀液中氯化铜的浓度为5mol/l，盐酸的浓度为3mol/l，聚乙二醇的浓度为1000mg/l；
54.s2.将步骤s1得到的多孔铜镀层置于超疏水修饰溶液中浸泡40分钟，取出后置于120℃的烘箱中保温60分钟得到疏水层，超疏水修饰溶液由体积比为1∶59的全氟癸基三乙氧基硅烷与乙醇组成；
55.s3.将1000μl离子液体滴入步骤s2得到的疏水层，使离子液体充分灌注入多孔铜镀层的孔隙内形成润滑层，然后倾斜45
°
放置1小时排出多余的离子液体，最终得到由疏水层、润滑层组成的slips表面涂层。
56.尽管已参考说明性实施例描述了本发明，但所属领域的技术人员将理解，在不背离本发明的精神及范围的情况下可做出各种其它改变、省略及/或添加且可用实质等效物替代所述实施例的元件。另外，可在不背离本发明的范围的情况下做出许多修改以使特定情形或材料适应本发明的教示。因此，本文并不打算将本发明限制于用于执行本发明的所揭示特定实施例，而是打算使本发明将包含归属于所附权利要求书的范围内的所有实施例。

技术特征：

1.一种适用于多种金属基材的slips表面涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1.在金属基材表面使用氢气泡模板法进行电沉积得到多孔镀层；s2.对步骤s1得到的多孔镀层进行超疏水修饰得到疏水层；s3.对步骤s2得到的疏水层灌注润滑油形成润滑层，最终得到由疏水层、润滑层组成的适用于多种金属基材的slips表面涂层。2.根据权利要求1所述的一种适用于多种金属基材的slips表面涂层的制备方法，其特征在于，所述多孔镀层为多孔镍镀层或多孔铜镀层，所述多孔镀层中孔隙的孔径为5-150微米。3.根据权利要求2所述的一种适用于多种金属基材的slips表面涂层的制备方法，其特征在于，所述多孔镍镀层由以下步骤制成：以镍为阳极、金属基材为阴极在多孔镍电镀液中进行电沉积，温度为30～60℃，多孔镍电镀液的ph值为3～5，电流密度为1～200a/dm2，时间为20～3600s，即得多孔镍镀层。4.根据权利要求3所述的一种适用于多种金属基材的slips表面涂层的制备方法，其特征在于，所述多孔镍电镀液由以下步骤制成：室温下将镍盐、氯化钠、络合剂及表面活性剂溶于纯水，磁力搅拌至混合均匀即得多孔镍电镀液，多孔镍电镀液中镍盐的浓度为0.05～5mol/l，氯化钠的浓度为0.1～2mol/l，络合剂的浓度为10～50g/l，表面活性剂的浓度为0.05～0.2g/l；镍盐为氯化镍、硫酸镍、氨基磺酸镍中的其中一种或多种，络合剂为柠檬酸、硼酸、硼酸钠、焦磷酸钾、焦磷酸钠中的其中一种或多种，表面活性剂为2-乙基己基硫酸钠、十二烷基硫酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚硫酸钠中的其中一种或多种。5.根据权利要求2所述的一种适用于多种金属基材的slips表面涂层的制备方法，其特征在于，所述多孔铜镀层由以下步骤制成：以磷铜为阳极、金属基材为阴极在多孔铜电镀液中进行电沉积，温度为30～60℃，多孔铜电镀液的ph值为3～5，电流密度为5～300a/dm2，时间为20～3600s，即得多孔铜镀层。6.根据权利要求5所述的一种适用于多种金属基材的slips表面涂层的制备方法，其特征在于，所述多孔铜电镀液由以下步骤制成：室温下将铜盐、酸、添加剂溶于纯水，磁力搅拌至混合均匀即得多孔铜电镀液，多孔铜电镀液中铜盐的浓度为0.1～5mol/l，酸的浓度为0.1～3mol/l，添加剂的浓度为30～1000mg/l；铜盐为硫酸铜、氯化铜中的其中一种或两种，酸为硫酸、盐酸中的其中一种或两种，添加剂为氯化钠、聚乙二醇中的其中一种或两种。7.根据权利要求1所述的一种适用于多种金属基材的slips表面涂层的制备方法，其特征在于，所述金属基材由铜、镍、不锈钢或钛制成。8.根据权利要求1所述的一种适用于多种金属基材的slips表面涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤s2为：将步骤s1得到的多孔镀层置于超疏水修饰溶液中浸泡20～40分钟，取出后置于120℃的烘箱中保温60分钟得到疏水层，超疏水修饰溶液由体积比为1∶(49～99)的超疏水修饰剂与溶剂组成，超疏水修饰剂为硬脂酸、全氟癸基三甲氧基硅烷、全氟癸基三乙氧基硅烷中的其中一种或多种，溶剂为乙醇；所述步骤s3为：将润滑油滴入步骤s2得到的疏水层，使润滑油充分灌注入多孔镀层的孔隙内形成润滑层，然后倾斜45
°
放置1小时排出多余的润滑油，最终得到由疏水层、润滑层组成的适用于多种金属基材的slips表面涂层，润滑油为全氟聚醚、二甲基硅油、离子液体中的其中一种或多种。
9.根据权利要求1～8任意一项所述制备方法得到的适用于多种金属基材的slips表面涂层。10.根据权利要求9所述适用于多种金属基材的slips表面涂层在减阻、防腐蚀、防污或抗菌领域中的应用。

技术总结

本发明提供了一种适用于多种金属基材的SLIPS表面涂层及其制备方法与应用，所述制备方法包括以下步骤：S1.在金属基材表面使用氢气泡模板法进行电沉积得到多孔镀层；S2.对步骤S1得到的多孔镀层进行超疏水修饰得到疏水层；S3.对步骤S2得到的疏水层灌注润滑油形成润滑层，最终得到由疏水层、润滑层组成的适用于多种金属基材的SLIPS表面涂层。本发明所得涂层具有光滑特性和自修复性能，可用于防腐蚀、防污、抗菌等领域。抗菌等领域。抗菌等领域。