一種線切割制備金屬表面有序微納超疏水結構的方法技術

本發明專利技術提供一種線切割制備金屬表面有序微納超疏水結構的方法，包括如下步驟：對電火花線切割電加工參數脈寬、脈寬間隔、功率管數進行正交優化，找出最優加工工藝參數；根據最優加工工藝參數通過電火花線切割在金屬表面加工出陳列方柱結構；將陳列方柱結構進行表面氟硅烷處理，獲得金屬表面有序微納超疏水結構。本發明專利技術能夠簡單、快速地在金屬表面制備出超疏水結構，由于是直接在金屬基體表面加工出微納結構，微納結構與基體的結合強度高，耐用性好，且結構本身的性能穩定，是一種低成本、無污染、簡單高效的制備方法。

Method for preparing ordered micro nano ultra hydrophobic structure of metal surface by wire cutting

The invention provides a wire cutting metal surface preparation method of micro nano ordered superhydrophobic structure, which comprises the following steps: the WEDM machining parameters of pulse width, pulse width, interval power tube number of orthogonal optimization, find the optimal processing parameters; according to the optimal processing parameters by WEDM display column a structure on the surface of the metal processing will be displayed; square column structure of fluorinated silane treatment for metal surface micro nano ordered super hydrophobic structure. The invention can simply and quickly on the surface of the metal to prepare superhydrophobic structure, because the direct micro nano structure on the surface of metal processing, micro nano structure and substrate with high strength, good durability, stable performance and the structure itself, is a preparation method of low cost, no pollution, simple and efficient.

【技術實現步驟摘要】
一種線切割制備金屬表面有序微納超疏水結構的方法
本專利技術涉及金屬基材表面處理
，具體涉及一種線切割制備金屬表面有序微納超疏水結構的方法。
技術介紹
自然界動植物表面因具備微納結構表現出獨特的作用行為與性能，如荷葉、玫瑰花瓣、水稻葉、鯊魚皮膚等。這種獨特微納結構可形成超疏水表面，即水滴接觸角大于150°，滾動角小于5°。由仿生微納結構構造的超疏水表面因其優異的潤濕性能，在自清潔、耐腐蝕、防覆冰、防氧化、減阻、生物醫學等方面存在著巨大的應用價值，引起了國內外學者廣泛的研究?，F有制備超疏水金屬表面的方法主要有各種物理化學方法，物理法如模板法、靜電紡絲法、激光刻蝕等，化學方法主要有陽極氧化、分子自組裝技術、溶膠-凝膠、刻蝕法、電化學沉積法等。然而以上方法中：模板法的不足是制備形狀復雜的表面困難、效率低，軟模板力學性能不佳；陽極氧化、電化學沉積法、溶膠-凝膠法、刻蝕、電化學沉積易造成環境污染，且隨著反應時間、酸液濃度、電解液成分、溫度等不同，會在材料表面形成不同尺度的微結構，制備過程不易控制，并且易受環境因素的影響，即使在相同的試驗條件下，通過以上方法得到的表面微納多級結構的差距也比較大，無法實現可控制備。激光刻蝕作為一種機械加工方式作用于基體，存在形貌難以控制，無法規?；苽涞娜秉c。彎艷玲采用線切割方法，但沒有真正意義上構造出微納雙尺度表面，且其方法中缺乏對電加工工藝參數的優化，制備具有隨機性。因此，如何高效低成本大規模的制備耐用性好、性能穩定的超疏水金屬表面，是目前亟待解決的技術難題。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種線切割制備金屬表面有序微納超疏水結構的方法，先進行電火花線切割電加工參數優化，再進行表面加工，能夠簡單、快速地在金屬表面制備出超疏水結構，由于是直接在金屬基體表面加工出微納結構，微納結構與基體的結合強度高，耐用性好，且結構本身的性能穩定。為了實現上述目的，本專利技術采用的技術方案如下：一種線切割制備金屬表面有序微納超疏水結構的方法，包括如下步驟：1)對電火花線切割電加工參數脈寬、脈寬間隔、功率管數進行正交優化，找出最優加工工藝參數；2)根據最優加工工藝參數通過電火花線切割在金屬表面加工出陳列方柱結構(微凸臺結構)；3)將陳列方柱結構進行表面氟硅烷處理，獲得金屬表面有序微納超疏水結構。根據以上方案，所述脈寬、脈寬間隔、功率管數的范圍分別為5-30μs、100-300μs、2-6。根據以上方案，所述正交優化采用L9(34)正交表，安排九組實驗在金屬上加工平面，通過電火花放電在平面上產生燒蝕的納米級凹坑，以經修飾的加工平面上的接觸角為優化目標，找出最優加工工藝參數。根據以上方案，所述陳列方柱結構為微米級陣列方柱結構，方柱表面有納米級凹坑，方柱底面邊長x為100-300μm，方柱間距y為400-700μm，方柱高度z為100-300μm。根據以上方案，所述陳列方柱結構進行表面氟硅烷處理的具體過程為：將陳列方柱結構置于20mmol/L氟硅烷的醇溶液中浸泡10h，然后在真空干燥箱中干燥2h。根據以上方案，所述氟硅烷為1H,1H,2H,2H—全氟癸基三氯硅烷。本專利技術對線切割電加工參數進行正交優化，是為了考察電火花線切割過程中主要工藝參數對改性后制備表面水滴靜態接觸角的影響規律。本專利技術的有益效果是：1)與現有技術相比，本專利技術是一種低成本、無污染、簡單高效的制備方法；2)本專利技術是在金屬基體上采用機械加工的方法除去材料，在金屬基體表面直接加工出微納結構，微納結構與基體的結合強度高，耐用性好，所制備的超疏水表面力學性能穩定；3)本專利技術采用線切割加工，工藝簡單，通過優化電加工參數實現納米結構的構筑，通過改變加工路徑實現微米結構的生成，能對微納米二級結構可控制備。附圖說明圖1是本專利技術最優電加工參數下平面的SEM圖及相應的接觸角示意圖；圖2是本專利技術的陳列方柱結構圖；圖3是本專利技術的金屬表面本征接觸角；圖4是本專利技術制備的金屬表面光學圖及相應的接觸角示意圖。具體實施方式下面結合附圖與實施例對本專利技術的技術方案進行說明。實施例1，見圖1至圖4：本專利技術提供一種線切割制備銅表面有序微納超疏水結構的方法，包括如下步驟：1)對電火花線切割電加工參數脈寬、脈寬間隔、功率管數進行正交優化，找出最優加工工藝參數：采用正交實驗優化工藝參數，為便于實驗測試，每個因素選擇三個水平，如表1，采用L9(34)正交表，分別以不同的工藝參數(脈寬、脈寬間隔、功率管數)在銅表面加工平面，共進行九組實驗，然后通過測量經修飾的加工平面的接觸角，找尋最佳加工工藝參數。經過測量接觸角發現，最大接觸角為127.8°，如圖1(b)，此時的工藝參數為脈寬30μs、脈沖間隔為110μs，功率管為6個，此工藝下加工表面會存在納米結構的凹坑，如圖1(a)，此工藝參數為最佳；2)根據最優加工工藝參數通過電火花線切割在金屬表面加工出陳列方柱結構(微凸臺結構)：構造陣列方柱需要兩步，第一步電極在銅表面加工出矩形波條紋；第二步，不改變加工程序，將試樣銅旋轉90°裝夾，加工出陳列方柱結構。在最優工藝參數下，方柱表面加工過程中，電火花與試樣放電產生納米級凹坑，再加上方柱本身是一種微米級結構，因而制備出微納雙級結構。如圖2為方柱結構圖，分別加工出x為100μm、y為400μm、z為100μm，x為200μm、y為550μm、z為200μm，x為300μm、y為700μm、z為300μm的三種尺度的結構；3)將上述三種表面為陳列方柱結構的金屬銅置于20mmol/L1H,1H,2H,2H—全氟癸基三氯硅烷的醇溶液浸泡10h，然后放在真空干燥箱中干燥2h，，獲得金屬銅表面有序微納超疏水結構。表1正交試驗因素水平表作為比對，對研磨拋光后的銅表面用4μL水滴進行靜態接觸角測量，得到光滑表面的本征接觸角為69.2°。正交實驗中，最大接觸角為127.8°，如圖3所示。對采用本專利技術實施例1制備得到的銅表面進行水滴靜態接觸角測量，表面為三種方柱的試樣銅均實現超疏水，x為100μm、y為400μm、z為100μm，靜態接觸角達到了153.5°；x為200μm、y為550μm、z為200μm，靜態接觸角達到了162.3°(光學圖如圖4(a)、接觸角測量圖如圖4(b))；x為300μm、y為700μm、z為300μm，靜態接觸角達到了155.6°。以上實施例僅用以說明而非限制本專利技術的技術方案，盡管上述實施例對本專利技術進行了詳細說明，本領域的相關技術人員應當理解：可以對本專利技術進行修改或者同等替換，但不脫離本專利技術精神和范圍的任何修改和局部替換均應涵蓋在本專利技術的權利要求范圍內。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種線切割制備金屬表面有序微納超疏水結構的方法，其特征在于，包括如下步驟：1)對電火花線切割電加工參數脈寬、脈寬間隔、功率管數進行正交優化，找出最優加工工藝參數；2)根據最優加工工藝參數通過電火花線切割在金屬表面加工出陳列方柱結構；3)將陳列方柱結構進行表面氟硅烷處理，獲得金屬表面有序微納超疏水結構。

【技術特征摘要】
1.一種線切割制備金屬表面有序微納超疏水結構的方法，其特征在于，包括如下步驟：1)對電火花線切割電加工參數脈寬、脈寬間隔、功率管數進行正交優化，找出最優加工工藝參數；2)根據最優加工工藝參數通過電火花線切割在金屬表面加工出陳列方柱結構；3)將陳列方柱結構進行表面氟硅烷處理，獲得金屬表面有序微納超疏水結構。2.根據權利要求1所述的線切割制備金屬表面有序微納超疏水結構的方法，其特征在于，所述脈寬、脈寬間隔、功率管數的范圍分別為5-30μs、100-300μs、2-6。3.根據權利要求1所述的線切割制備金屬表面有序微納超疏水結構的方法，其特征在于，所述正交優化采用L9(34)正交表，安排九組實驗在金屬上加工平面，通過電火花放電在平面上產生燒蝕的納米級凹坑，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：章橋新，劉聰，李雪伍，湯名鍇，黃行九，
申請(專利權)人：武漢理工大學，
類型：發明
國別省市：湖北,42