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纯钛表面超疏水性着色膜的制备及性能

  • 郑志军1

    机 构：

    1. 华南理工大学 机械与汽车工程学院, 广州 510641

    ×
  • ， 何蕊1

    机 构：

    1. 华南理工大学 机械与汽车工程学院, 广州 510641

    ×
  • ， 陈均焕1

    机 构：

    1. 华南理工大学 机械与汽车工程学院, 广州 510641

    ×
  • ， 高岩2

    机 构：

    2. 华南理工大学 材料科学与工程学院, 广州 510641

    ×
  • ， 李浩3

    机 构：

    3. 广东出 入境检验检疫局, 广州 510623

    ×

1. 华南理工大学 机械与汽车工程学院, 广州 510641；
2. 华南理工大学 材料科学与工程学院, 广州 510641；
3. 广东出 入境检验检疫局, 广州 510623；

Preparation and Properties of Superhydrophobic Colored Film on Surface of Pure Titanium

  • ZHENG Zhijun1

    Affiliation：

    1. South China University of Technology, School of Mechanical & Automotive Engineering, Guangzhou 510641 , China

    ×
  • ， HE Rui1

    Affiliation：

    1. South China University of Technology, School of Mechanical & Automotive Engineering, Guangzhou 510641 , China

    ×
  • ， CHEN Junhuan1

    Affiliation：

    1. South China University of Technology, School of Mechanical & Automotive Engineering, Guangzhou 510641 , China

    ×
  • ， GAO Yan2

    Affiliation：

    2. South China University of Technology, School of Materials Science & Engineering, Guangzhou 510641 , China

    ×
  • ， LI Hao3

    Affiliation：

    3. Guangdong Inspection and Quarantine Technology Center, Guangzhou 510623 , China

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1. South China University of Technology, School of Mechanical & Automotive Engineering, Guangzhou 510641 , China；
2. South China University of Technology, School of Materials Science & Engineering, Guangzhou 510641 , China；
3. Guangdong Inspection and Quarantine Technology Center, Guangzhou 510623 , China；

通讯作者:

郑志军(1972—),男(汉),教授,博士;研究方向:纳米结构材料制备与性能表征;E-mail:zjzheng@scut.edu.cn

中图分类号:TG174

文献标识码:A

文章编号:1007-9289(2020)03-0061-10

DOI:10.11933/j.issn.1007-9289.20191223001

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目录contents

    摘要

    以 Na2HPO4·12H2O 溶液作电解液对纯钛表面先进行阳极氧化,再用氟硅烷做表面修饰,在纯钛表面制备出超疏水性着色膜。 结果表明,钛基体的前处理工艺,阳极氧化电流、电压和时间是影响超疏水性着色膜的重要参数。 相比化学抛光,机械抛光的前处理能获得更加光亮的彩色膜。 电压一定时,随时间延长,着色膜的颜色饱和度下降,但水接触角提高;时间一定时,随电压升高,颜色饱和度下降,水接触角呈升高趋势。 总体来看,当阳极氧化电压为 30 V,阳极氧化时间为 6 h 时,可以获得膜厚约为 3~ 4 μm 蓝色膜,并具有较好的超疏水性(水接触角可达(156. 1±1. 3)°)和耐磨性,具有“花瓣状”的粗糙微纳结构,既微米级的花瓣状凸起和纳米级的薄片,这有利于膜的超疏水性。 耐污试验进一步表明,上述工艺制备的超疏水性着色膜具有优异的自清洁和耐污染能力。

    Abstract

    The superhydrophobic colored films were successfully prepared on the pure titanium using a composite process including the optimized anodizing process in Na2HPO4·12H2O solution and subsequently low surface energy modification with fluorosilane. The study found that the pretreatment process of titanium substrate, anodizing current, voltage and time are the important parameters affecting the superhydrophobic colored films. Compared with the chemical polishing, the mechanical polishing can obtain the brighter colored film. As the anodizing time increases, the color saturation of the colored film decreases but the water contact angle increases under the constant anodizing voltage; as the voltage increases, the color saturation decreases and the water contact angle generally increases when the time is constant. Overall, when the anodizing voltage is 30 V and the anodizing time is 6 h, a blue film with the good superhydrophobicity (water contact angle (156. 1±1. 3)°) and wear resistance can be obtained. The film thickness is about 3-4 μm. The " petal-like" rough micro-nano structure in this film consisting of both micron-sized petal protrusions and nano-scale flakes contributes to the superhydrophobic property. The anti-pollution experiment indicated that the superhydrophobic colored film prepared by the above process has the excellent self-cleaning and anti-pollution ability

    关键词

    纯钛 ； 阳极氧化 ； 着色膜 ； 超疏水性

  • 0 引言

  • 钛(Ti) 具有优异的物理和化学性能,在船舶、家电、建筑等领域得到了广泛应用[1-3]。但由于纯钛表面颜色单一,不能满足人们对产品多色化的需求。因此,针对钛表面的着色就引起了人们的关注[4]。为了获得彩色的钛表面,常用的方法是利用阳极氧化在其表面形成一层彩色钝化膜。通过调整电压值来获得不同厚度的膜层,从而实现丰富多彩的着色效果。关于这方面的研究,目前已相对成熟。如Jerkiewicz等[5] 研究表明,通过调整交流电压可以调控钝化层的生长和溶解速率,进而控制钝化层的厚度来实现数种颜色间的切换。也有学者证明了在硫酸溶液中阳极氧化电压是影响钛表面膜层颜色的主要因素[6-7]。然而,通过阳极氧化法制备的着色膜是亲水性的,容易沾染水渍和尘埃,从而影响视觉效果[6]。因此,如何在钛表面获得超疏水着色膜,将是钛表面改性的重要内容。

  • 通常定义水接触角高于150°以及滑动角小于10°的表面为超疏水表面[8]。目前,获得超疏水表面的基本思路是先在材料表面制备出微/纳米粗糙结构,再进行低表面能修饰,其中获得微/纳结构是关键[9-10]。已有研究表明,通过适当调整阳极氧化工艺参数,可以在钛表面获得“花瓣状”或“瘤状” 的微纳结构,进而实现超疏水特性[11-12]。 Zhang等[13]采用有机溶剂作电解液,在20 V阳极氧化电压下对钛表面进行5 h阳极氧化,再经PTES改性后获得了水接触角高达160° 的超疏水表面。 Dong等[14] 利用阳极氧化+热处理复合工艺,在纯钛表面获得了纳米管+纳米线的分层结构,再经十八烷基膦酸改性,得到了水接触角达167°的超疏水效果。 Li等[15] 同样利用阳极氧化法在钛基本表面实现了超疏水效果。但以上研究均没有关注氧化膜的着色问题。

  • 将重点研究在纯钛表面如何同时实现超疏水和高质量着色效果的问题,并对着色膜的着色效果、微观结构、超疏水特性以及耐磨性进行表征。

  • 1 材料与方法

  • 1.1 试验材料

  • 基材为商用纯钛板TA1,厚度1 mm。阳极氧化电解质为磷酸氢二钠(Na2HPO4·12H2O)水溶液, 低表面能修饰用1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷(C8H4Cl3F13Si),其他试剂均采用分析纯。

  • 1.2 试验方法

  • 1.2.1 试样制备

  • 用线切割将TA1 纯钛板切割成 Φ18 mm的圆片,然后分别用320 号、600 号、1 000 号、1 500 号、2 000 号的砂纸依次打磨圆片的一面,再用悬浮液粒度为0.02 μm的二氧化硅抛光液进行机械抛光,最后用无水乙醇冲洗,并在空气中干燥。为与机械抛光的效果进行对比,对一部分经砂纸打磨后的圆片采用化学抛光来代替机械抛光。化学抛光溶液的配方为HF ∶HNO3 ∶H2O=1 ∶4 ∶95,抛光时间为1 min。化学抛光后用无水乙醇超声波清洗5 min,然后在空气中干燥。

  • 1.2.2 阳极氧化着色膜的制备

  • 以钛圆片为阳极, 石墨电板为阴极, 在0.1 mol/L Na2HPO4·12H2O的电解质溶液中,分别在10、20、30、40 V恒电位下,用TPR-12005D高精度直流稳压电源对钛圆片进行阳极氧化,氧化时间分别为2、4、6、8 h,温度为室温。同时使用磁力搅拌器匀速搅拌。

  • 1.2.3 超疏水膜的制备

  • 阳极氧化后,用去离子水冲洗样品,并用电吹风冷风干燥。然后将试件浸入含有1.0%氟硅烷的无水乙醇溶液中,室温下(25℃)浸泡1 h后从溶液中取出,用去离子水反复冲洗,随后在100℃下干燥1 h,从而在纯钛表面获得超疏水性着色膜。

  • 1.3 表征与测试

  • 用徕卡DM6 M金相显微镜观察样品表面着色膜的微观状态;用CS-801 台式分光测色仪评估着色膜的稳定性。

  • 用场发射扫描电子显微镜( SEM,Carl Zeiss Supra40,德国)观察着色膜表面、横截面的微观形貌;采用SEM附带的X射线能量色散谱(EDS) 表征着色膜的化学成分;采用型号为PHILIPS X’pert MPD Pro的X射线衍射仪对着色膜进行物相分析。

  • 在常压和室温下,在JC2000D2 接触角测量仪上通过照相机测量各着色膜的水接触角和滑动角。每个样品的水接触角是在5 个不同位置分别用5 μL水滴测量得到的平均值。在待测试样表面撒上植物灰,然后将其倾斜约10°,最后将水滴滴至试样表面,通过观察水滴是否能带走灰烬来评估试样表面的自清洁能力。

  • 纯钛表面超疏水着色膜的机械稳定性是其潜在应用的基础。通过测量阳极氧化着色膜的耐磨性来进行表征。在耐磨性试验中,参考ISO 8251 ∶ 2018 标准[ 16] 和文献[ 10],首先将一个50 g砝码用双面胶带粘在待测试样的上表面,从而施加约2000 Pa的压力,然后将试样压在800 号SiC砂纸上(着色膜朝下),再用细线以3 cm/s的速度拖动砝码和试样在砂纸上水平移动,移动距离分别为60、120、180、 240 和300 cm,并测试出各磨损距离后试样表面着色膜的水接触角,从而评估着色膜的机械稳定性。

  • 2 结果与讨论

  • 2.1 前处理工艺的优化

  • 机械抛光和化学抛光常作为阳极氧化的两种前处理工艺。为了确定两者的优劣,首先采用传统阳极氧化工艺(时间1 min,电压10~70 V) 分别对纯钛表面进行阳极氧化,然后考察各工艺下表面氧化膜色调的变化规律。前期研究结果表明[17],在1 min的阳极氧化时间下,纯钛经机械抛光后在稍低电压下(低于60 V)能获得颜色更均匀、稳定的着色膜。

  • 要实现表面的超疏水特性,获得微纳结构的结晶膜是一种有效途径,而这要求大大延长阳极氧化时间。因此,进一步考察纯钛经两种前处理后在长时间阳极氧化后着色膜的颜色变化情况。电压选20 V,时间6 h来进行试验。两个试样的宏观表面形貌如图1 所示。从图1 可明显看到, 两种试样表面均呈现一定的色彩,但机械抛光的样品(图1(a))表面质量明显好于化学抛光的样品(图1( b),着色更均匀,光洁度更好。这是因为机械抛光后,样品的表面粗糙度可达( 0.35 ± 0.05) μm [18],而化学抛光后,表面粗糙度一般在1 μm以上[19]。表面粗糙度对后续阳极氧化着色效果有较大影响,表面粗糙度越低,着色效果越好。因此选择机械抛光作为阳极氧化的前处理工艺。

  • 图1 不同前处理工艺后在20 V下阳极氧化6 h所得样品的宏观形貌

  • Fig.1 Macro morphology of samples obtained by anodizing at 20 V for 6 h after different pretreatment processes

  • 2.2 阳极氧化电压和时间对颜色的影响

  • 纯钛表面阳极氧化着色膜的颜色主要受阳极氧化电压和时间的影响[6]。图2 是不同电压和时间下获得的阳极氧化着色膜的颜色变化情况。可以看出,当电压和时间中某个参数恒定时,随另一个参数的变大,着色膜的颜色均变浅, 但时间的影响更为明显。从各参数下获得着色膜的宏观形貌来看,着色分布的均匀性均较好; 但从微观上看,颜色底膜上离散分布着各种彩色斑点。分析认为,阳极氧化电压和时间对着色膜颜色的影响,主要是通过改变膜层厚度和彩色斑点的疏密度来起作用。这两个参数的改变均将引起光干涉现象的变化, 从而导致颜色的变化[20]。色差是衡量着色稳定性的重要指标,下面进行讨论。

  • CS-801 测色仪给出的数据由比色空间CIELab坐标 L ∗,a ∗和 b ∗组成。 L ∗表示样品的亮度,a∗和 b∗分别表示在绿色(-a ∗)和红色(+a ∗) 之间以及在蓝色(-b ∗)和黄色(+b ∗)之间变化的色度坐标,这决定了检测材料的实际颜色[21]。然后利用这三个数值,通过下面公式算出不同样品间的色差 ΔE12,1、2 分别表示用同种工艺参数制备出的两个不同样品。同理可得到 ΔE13 :

  • ΔE12=L1*-L2*2+a1*-a2*2+b1*-b2*2
    (1)

  • 如果 ΔE 小于1,则说明两个样品之间的颜色差别肉眼无法识别[21]。如果 ΔE12、ΔE13 均小于1,则说明该工艺获得的颜色具有较好的稳定性。图2 中各阳极氧化着色工艺对应的 ΔE 见表1。由表1 中数据可知,各着色工艺均满足着色稳定性的要求。

  • 图2 不同阳极氧化参数下的样品的宏观形貌和对应的金相微观形貌

  • Fig.2 Macro morphologies and corresponding metallographic micro morphology of samples under different anodizing parameters

  • 表1 不同阳极氧化参数样品的颜色坐标

  • Table1 Color coordinates of samples with different anodizing parameters

  • 2.3 表面着色膜的SEM微观形貌及结构

  • 各工艺下获得的着色膜SEM微观形貌如图3 所示。从图3 可以看出,各着色膜中均出现不同密度的“花瓣状”结晶颗粒。电压稳定时,随阳极氧化时间延长,“花瓣状”结晶颗粒的密度明显增加,尺寸略有变大。结晶颗粒覆盖整个钛基体表面所需时间随电压的不同而有所不同,电压越低,所需时间越少。

  • 如在20 V时,基体被覆盖所需时间约为4 h,而随电压升高至30 V和40 V时,这个时间分别延长至6 h和8 h。在相同阳极氧化时间下, 随电压升高,则出现不同的变化规律,结晶颗粒随电压升高而长大明显,但密度随之下降,故结晶颗粒总覆盖面积反而下降。

  • 尤其是在较短时间时(2 h, 4 h),这种现象更为明显。其原因是,相比低电压下结晶颗粒间隙处表面平整的情况(如图3(a)、图3(d)、图3(g)、图3(j)),高电压下大部分能量用于形成结晶前的“表面破裂—颗粒待萌生状态”(如图3(b)、图3(c)、图3(e)、图3( f)、图3( h)、图3( i))。结晶颗粒作为离子传输通道,促进了其从微颗粒到 “花瓣状”结晶大颗粒的长大过程[11]。这一结果导致结晶颗粒数量下降,而要进一步诱发新的结晶,则需进一步延长时间。

  • 图3 不同阳极氧化工艺获得的着色膜的SEM微观形貌

  • Fig.3 SEM images of colored films obtained by different anodizing process

  • 以上“花瓣状”结晶颗粒的形成过程可以这样解释,纯钛基体经机械抛光后,从微观上看其实存在大量微小缺陷。在阳极氧化初始阶段,这些微小缺陷具有更大的电流密度。高的电流密度导致许多微晶粒的形成。随着阳极氧化进程持续,高的阳极氧化电压或更长的阳极氧化时间为微晶粒长大提供动力,促进了微颗粒到结晶大颗粒的长大过程。但是,由于场辅助氧化和溶解以及化学溶解之间的动态平衡,大结晶颗粒的微观结构受限于一定的形状、尺寸和密度[22]。将着色效果较好的30 V-6 h着色膜中结晶颗粒的SEM形貌进一步放大,如图4 所示。可以看出,长大的结晶颗粒表现为“花瓣状”粗糙结构,微凸起结构垂直取向生长在Ti基体上,底部直径约为7 μm。进一步观察发现,该“花瓣状”颗粒由众多界限分明的层状纳米薄片组成,“花瓣状”颗粒具有分级的微/纳米结构,这种分级粗糙结构在Ti表面产生大量空腔,这对实现表面的超疏水性非常有利[23]。

  • 对图4 中的“花瓣状”颗粒(红色方框)进行EDS光谱分析,结果如表2 所示。可以看出,“花瓣状”颗粒的主要成分是钛和氧,为钛的氧化物。

  • 图4 30 V-6 h阳极氧化着色膜中结晶颗粒放大SEM形貌

  • Fig.4 Magnified SEM morphology of crystal particles in colored film anodizing at 30 V-6 h

  • 表2 “花瓣状”结晶颗粒的EDS分析

  • Table2 EDS analysis of " petal-like" crystalline particles

  • 再对10 V-6 h和30 V-6 h两种工艺获得的着色膜进行XRD物相分析,结果如图5 所示。可见,在10 V-6 h参数下获得的着色膜中只有Ti峰,这是因为X射线直接穿透结晶程度很弱的阳极氧化薄膜,从而在XRD测试结果中只呈现钛基体的衍射峰。而在30 V-6 h参数下,着色膜增厚, 在25°附近观察到一个其它衍射峰(蓝色圆圈标注),将其放大如图5 中的嵌入图,可清晰看到,在25.5°和27.5°处各有一个衍射峰,分别对应(101) 面的锐钛矿TiO2 和(110)面的金红石TiO2 [24]。

  • 图5 阳极氧化着色膜的XRD图谱

  • Fig.5 XRD patterns of anodized colored films

  • 2.4 不同工艺着色膜的超疏水性

  • 在获得微纳结构着色膜的基础上,再进行氟硅烷表面改性。改性过程中,氟硅烷(十三氟辛基三乙氧基硅烷)的聚合物链末端的三乙氧基硅烷官能团与阳极氧化钛表面的OH基团发生水解/综合反应,从而在涂层和膜层之间形成结合良好的化学键[25]。各对应膜层的水接触角测试结果如表3 所示。

  • 表3 不同阳极氧化参数样品测得的水接触角

  • Table3 Water contact angles measured for samples with different anodizing parameters(°)

  • 图6(a)和图6(b)分别给出了各着色膜的水接触角和滑动角随阳极氧化电压和时间的变化曲线。作为对比,将各电压下阳极氧化8 h但未经氟硅烷改性的样品的相应数据也在表3 和图6(a)中一并给出。

  • 未进行氟硅烷表面改性时,即使在高电压下经长时间阳极氧化,着色膜的水接触角也较低, 如40 V-8 h阳极氧化着色膜的水接触角仅为(49.5±2.4)°,表现为明显的亲水性。这是因为钛的氧化物表面能高,液体的表面张力使其很容易渗透到表面粗糙结构中[26]。

  • 图6 各着色膜的水接触角和滑动角随阳极氧化电压和时间的变化曲线

  • Fig.6 Variation of water contact angles and sliding angles of each colored film with anodizing voltage and time

  • 经氟硅烷低表面能改性后,各着色膜的水接触角随阳极氧化电压升高和时间延长,均表现出逐渐增加的趋势。但在不同的电压和时间区间, 改善效果不同。在低电压区间,如10 V电压下, 阳极氧化时间的变化对膜的水接触角影响不大; 随电压升高至20~40 V区间,阳极氧化时间对膜的水接触角影响明显,时间越长,接触角越大。原因是随时间延长,钛的结晶颗粒密度明显增大,而且颗粒长大(这意味着纳米结构的增加)。如40 V下阳极氧化4 h,水接触角可以达到(151.2 ±1.1)°;30 V下阳极氧化6 h,达到(156.1±1.3)°; 20 V下阳极氧化6 h,达到(155.2±1.1)°,均具有较好的超疏水特性。但随时间进一步延长,这种改善效果不明显。另外,在低电压区间,电压的提高对着色膜疏水性的改善效果更明显,比如电压从10 V上升至20 V时,无论对于较短的阳极氧化时间(2 h, 4 h)还是较长的时间(6 h, 8 h), 水接触角均增加明显,增加幅度在20%~60%;而在较高电压区间(20~40 V),电压的升高对着色膜疏水性的改善效果不明显,甚至出现下降,这跟结晶颗粒密度的下降有关。

  • 从图6( b) 可以看到,随着阳极氧化时间的延长,不同电压下得到的阳极氧化膜层的滑动角均降低,这与“花瓣状”结晶颗粒的长大及密度增加有关。在4~8 h的阳极氧化时间范围内制备的所有样品的滑动角均小于10°。

  • 为了进一步说明阳极氧化加氟硅烷改性的复合工艺对钛表面超疏水性的改善效果,分别在原始纯钛试样表面、30 V-6 h阳极氧化着色膜、 30 V-6 h阳极氧化再经氟硅烷处理后的着色膜上进行草木灰自清洁试验,结果如图7 所示。当水滴滴在原始纯钛基体(图7( a)) 和30 V-6 h阳极氧化着色膜(图7( b))表面上时,水滴吸附草木灰并共同附着在试样表面,未能将草木灰清除,即不具备自清洁效果;当水滴在被污染的30 V-6 h阳极氧化再经氟硅烷改性后的着色膜(图7( c))表面时,污染物被吸附在水滴上并伴随水滴一起滚落,污染物被自动清除。

  • 图7 不同试样的草木灰自清洁试验

  • Fig.7 Plant ash self-cleaning experiment of different samples

  • 这是由于该蓝色表面具备超疏水性能,水滴在其上的滚动角很小,且水和污染物之间的粘附力高于表面和污染物之间的粘附力[27],所以水滴在倾斜小角度的表面(钛圆片与水平面的夹角固定在10°左右) 容易滚落并同时带走表面的污渍。

  • 以上结果表明,适当的阳极氧化加氟硅烷表面改性的复合工艺,可获得理想的超疏水效果。

  • 2.5 着色膜的耐磨性及厚度

  • 以30 V-6 h样品为例,进行耐磨性试验,试样表面水接触角随磨损距离的变化关系如图8(a)所示。随磨损距离延长,着色膜的水接触角逐渐下降。磨损距离在120 cm以内时,着色膜的水接触角保持在140°以上,液滴在磨损表面上还呈现近似球形,意味着在反复磨损后,制备的超疏水阳极氧化着色膜仍保持较好的疏水性。当磨损距离超过180 cm后,水接触角下降到140°以下,表明着色膜的疏水性明显下降。这一变化趋势与已有的研究结果类似[28]。

  • 图8 30 V-6 h阳极氧化着色膜水接触角与磨损距离的关系及对应的SEM形貌

  • Fig.8 Relationship between water contact angle and drag distance for 30 V-6 h anodized colored film and corresponding SEM images

  • 试样经磨损60、180 和300 cm距离后的微观形貌分别对应图8( b)、图8( c) 和图8( d)。可见,经60 cm磨损距离后,表面的“花瓣状”结晶颗粒的顶部已被磨损,部分微纳结构遭到破坏, 导致表面的疏水效果稍有下降;当磨损距离延长至180 cm时,“花瓣状”结晶颗粒磨损的程度加剧,部分结晶颗粒已经磨损到露出根部,导致表面的疏水效果进一步下降;磨损至300 cm时, “花瓣状”结晶颗粒只残留小部分,即结晶颗粒大部分被磨损,导致疏水效果严重下滑。随着磨损距离的延长,试样表面粘附的氟硅烷也势必被不断磨损,这也是表面疏水性下降的主要原因。从上述结果不难看出,阳极氧化过程形成的凸起状结晶颗粒对着色底膜起到了良好的保护作用。

  • 膜层的厚度对着色膜的耐磨性起重要作用。图9(a)、图9(b)分别是30 V-6 h阳极氧化参数下得到的着色膜的横截面SEM及EDS线扫描结果。可以看到膜厚约为3~4 μm,如图9(a)中虚线标注。可明显观察到膜表面凹凸不平,存在许多尖锐的凸起结构,这对应于阳极氧化膜结晶所生成的“花瓣状”颗粒。传统的钛阳极氧化着色工艺得到的着色膜厚度为纳米级[29],然而通过延长阳极氧化时间,基础膜层生长得更厚, 同时还密集地分布着大量“花瓣状” 凸起,从而大大提高膜的厚度,达到微米级。该膜层的EDS线扫描结果也表明膜层是厚度为3~4 μm的氧化钛。

  • 图9 30 V-6 h阳极氧化参数下得到的着色膜的横截面SEM形貌及EDS线扫描结果

  • Fig.9 Cross-section SEM image and EDS line scan analysis of the colored film obtained under 30 V-6 h anodization

  • 3 结论

  • (1) 相比于化学抛光,机械抛光的前处理工艺能获得表面质量更好的阳极氧化着色膜。

  • (2) 阳极氧化电压和时间是影响着色膜颜色和超疏水性的两个重要因素。电压一定时,随时间延长,颜色饱和度下降,但水接触角提高;时间一定时,随电压升高,颜色饱和度下降,水接触角总体呈升高趋势。

  • (3) 阳极氧化着色膜的超疏水性的获得,得益于膜层中“花瓣状”结晶颗粒形成和氟硅烷低表面能修饰后的微纳结构。这种“花瓣状”结晶颗粒主要由锐钛矿TiO2 和金红石TiO2 组成。

  • (4) 制备纯钛超疏水着色膜的典型工艺为机械抛光+ 30 V-6 h阳极氧化+氟硅烷表面改性。这种复合工艺获得的膜层颜色稳定,光洁度好,厚度约3~4 μm,水接触角为(156.1±1.3)°, 具有良好的超疏水效果和自清洁能力,且表面 “花瓣状”结晶颗粒对颜色底膜具有保护作用,机械稳定性较好。

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  • 基本信息

    中图分类号: TG174
    文献标识码: A
    DOI: 10.11933/j.issn.1007-9289.20191223001
    文章编号: 1007-9289(2020)03-0061-10

    基金信息

    广东省科技计划项目(2015A010105006)；
    Supported by Science and Technology Planning Project of Guangdong Province (2015A010105006)；

    引用信息

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    稿件历史

    收稿日期: 2019-12-23

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