CN103074629A - 一种具有超疏水表面的白铜b30及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种具有超疏水表面的白铜B30及其制备方法，所述的具有超疏水表面的白铜B30，即通过浓度为5wt.%的盐酸H2O2溶液在白铜B30表面进行简单的化学刻蚀法后再通过自组装技术在白铜B30表面组装成一层硬脂酸膜。其制备方法包括刻蚀液的制备、白铜B30的预处理、化学刻蚀构建表面粗糙度及在白铜粗糙表面自组装硬脂酸等4个步骤，最终所得的具有超疏水表面的白铜B30具有较高的防腐性能，其表面对水的接触角可达152.8°，在3.5wt.%NaCl水溶液中表现出了很好的防腐蚀效果，缓蚀效率η达到了96.7%。其制备方法具有简单，生产成本低，过程易于控制等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有超疏水表面的白铜B30及其制备方法，特别涉及一种通过简单的化学刻蚀法和自组装技术在白铜B30表面制备超疏水表面的方法。
背景技术
白铜因其优异的传热和耐蚀性能，广泛应用于火力发电机组和海上军事工程中的热交换系统。但是在实际的使用过程中，因为冷却水特别是海水中的侵蚀性离子（如Cl-）的存在，白铜往往会发生比较严重的腐蚀问题，给生产带来巨大的经济损失。常用的防腐蚀方法，如添加水处理缓蚀剂存在环境污染，投加量大等等弊端。
超疏水膜表面处理技术是近年来涌现出的一种新型防腐蚀技术，超疏水表面对于金属材料可以起到自清洁、抑制表面腐蚀和表面氧化以及降低摩擦系数的效果。通过一定的制备方法使金属表面由亲水转变为超疏水态，在金属防腐蚀领域以及现实生产生活中具有重要的应用价值和广阔的应用前景。
目前，关于铜超疏水表面制备方法很多，比如凝胶溶胶法，电解法等，但是这些制备方法均存在操作复杂、设备特殊、耗时过长，稳定性差等不足。而通过H2O2氧化刻蚀，再浸入到硬脂酸乙醇溶液中进行自组装的方法来制备白铜B30的超疏水表面的制备技术目前还没有报道。
发明内容
本发明的目的之一是为了解决上述的技术问题而提供一种具有超疏水表面的白铜B30。
本发明的目的之二是提供上述的一种具有超疏水表面的白铜B30的制备方法。
本发明的技术方案
一种具有超疏水表面的白铜B30，即首先通过浓度为5wt.%的盐酸H2O2溶液在白铜B30表面进行简单的化学刻蚀法，然后再通过自组装技术在经化学刻蚀后的白铜B30表面组装成一层脂酸膜。
上述的一种具有超疏水表面的白铜B30的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）、刻蚀液的制备
将35%-37 wt.%的盐酸加入到30%wt.H2O2中，配制成浓度为5wt.%的盐酸H2O2溶液，即刻蚀液；
（2）、白铜B30的预处理
将黄铜白铜B30依次经1#、3#、6#金相砂纸打磨后，在丙酮液中用超声波清洗机清洗5min左右，清洗后再依次用无水乙醇、去离子水冲洗，以除去表面油污和油脂；
（3）、化学刻蚀构建表面粗糙度
将步骤（2）预处理后的白铜B30浸入到步骤（1）所得的刻蚀液中，室温下刻蚀30min，刻蚀后经超声波清洗5min，在室温下吹干，后既得具有表面粗糙度的白铜B30；
（4）、在白铜B30粗糙表面自组装超疏水膜
将步骤（3）所得的具有表面粗糙度的白铜B30放入预先配置好的浓度为0.1mol/L的硬脂酸的乙醇溶液中，在温度为35℃下浸泡24h后取出，先用乙醇冲洗，再经去离子水冲洗，放入40℃的烘箱中，干燥5min后取出，即在白铜B30表面自组装形成了一层硬脂酸膜，即得一种具有超疏水表面的白铜B30。
上述所得的具有超疏水表面的白铜B30，其超疏水表面对水的接触角可达152.8°，在3.5wt.% NaCl水溶液中表现出了很好的防腐蚀效果，缓蚀效率η达到了96.7%。
本发明的有益效果
本发明的一种具有超疏水表面的白铜B30，由于表面覆盖一层由硬脂酸膜形成的超疏水表面，因此其具有较高的防腐性能，其超疏水表面对水的接触角可达152.8°，在3.5wt.%NaCl水溶液中表现出了很好的防腐蚀效果，缓蚀效率η达到了96.7%。
另外，本发明的一种具有超疏水表面的白铜B30的制备方法，由于制备过程中首先见采用双氧水和盐酸混合液为刻蚀液对白铜B30表面刻蚀构建表面粗糙度，之后再通过自组装技术在白铜表面制备硬脂酸膜形成超疏水表面，因此该制备方法具有制备方法简单，生产成本低，过程易于控制等优点。
附图说明
图1a、具有超疏水表面的白铜B30电极和空白白铜B30电极在3.5wt.%的NaCl水溶液中的Nyquist图；
图1b、具有超疏水表面的白铜B30电极和空白白铜B30电极在3.5wt.%的NaCl水溶液中的极化曲线图；
图2a、1000倍率下空白白铜B30的空白表面形貌表征图；
图2b、1000倍率下刻蚀以后的白铜B30表面形貌表征图；
图3a、具有超疏水表面的白铜B30表面在放大3000倍率下的表面形貌图；
图3b、具有超疏水表面的白铜B30表面在放大1000倍率下的表面形貌图；
图3c、具有超疏水表面的白铜B30表面在放大500倍率下的表面形貌图；
图3d、具有超疏水表面的白铜B30表面在放大100倍率下的表面形貌图。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本发明进一步阐述，但并不限制本发明。
本发明的一种具有超疏水表面的白铜B30形貌表征的测定方法
用扫描电子显微镜（SU-1500，日本Hitachi公司）观察试样的表面形貌。
再通过表面张力测试仪（K100-MK2型，德国KRUSS公司）测量水滴在超疏水表面的接触角。
电化学分析
交流阻抗测试和极化曲线的测量都在三电极体系中完成，工作电极为已构建疏水膜的白铜电极，本发明各实施例所得的是超疏水表面的白铜B30，通过将白铜B30合金切割成10mm*10mm的小块，用环氧树脂封装非工作面，使其工作面面积为1cm2，再依次通过预处理,化学刻蚀和硬脂酸的自组装制备过程，即可得到具有超疏水表面的白铜B30电极，辅助电极和参比电极分别为Pt电极和饱和甘汞电极（SCE）。
电化学测试采用仪器为EG&G公司的恒电位仪Potentiostat/Galvanostat Model 273A和锁相放大器 Model 1025 LOCK IN AMPLIFIER。
交流阻抗测量使用PRAC M398，其系统频率范围为100kHz-0.05Hz，交流激励信号峰值为5mV；极化曲线扫描范围-0.15-0.15V(vs.OCP)，扫描速度为1mV/s。
缓蚀效率(η%)
按照如下公式计算：
其中I0和I分别为未处理和白铜疏水处理后电极的腐蚀电流密度。
本发明的各实施例中所用的原料的规格及生产厂家
| 试剂和材料 | 纯度 | 厂家 |
| 白铜 | ≥99.5% | 扬州市正中不锈钢有限公司 |
| 硬脂酸 | 分析纯 | 上海青析化工科技有限公司 |
| 双氧水 | 分析纯 | 上海凌峰化学试剂有限公司 |
| HCl | 分析纯 | 国药集团化学试剂有限公司 |
| 无水乙醇 | 分析纯 | 江苏强盛功能化学股份有限公司 |
| NaCl | 分析纯 | 国药集团化学试剂有限公司 |
实施例1
一种具有超疏水表面的白铜B30的制备方法，包括如下步骤：
（1）、刻蚀液的制备
取13.35ml的30%wt.H2O2试剂于100ml容量瓶中，再加入1ml35-37wt.%的盐酸，配制成体积为100ml的浓度为5wt.%的盐酸H2O2溶液，即为刻蚀液；
（2）、白铜B30的预处理
将2块白铜B30分别依次经1#、3#、6#金相砂纸打磨后，在丙酮液中用超声波清洗机清洗5min左右，清洗后再依次用无水乙醇、去离子水冲洗，以除去表面油污和油脂，其中1块作为空白白铜B30使用；
（3）、化学刻蚀构建表面粗糙度
将步骤（2）预处理后的1块白铜B30浸入到步骤（1）所得的刻蚀液中，室温下刻蚀30min，刻蚀后经超声波清洗5min，干燥后既得具有表面粗糙度的白铜B30；
（4）、在白铜B30的粗糙表面自组装超疏水膜
将步骤（3）所得的具有表面粗糙度的白铜B30放入预先配置好的浓度为0.1mol/L的硬脂酸的乙醇溶液中，在温度为35℃下浸泡24h后取出，先用乙醇冲洗，再经去离子水冲洗，放入40℃的烘箱中，干燥5min后取出，即在白铜B30表面自组装形成了一层硬脂酸膜，即得一种具有超疏水表面的白铜B30。
图1a和图1b分别是空白白铜B30电极和上述所得的具有超疏水表面的白铜B30电极在3.5wt.%的NaCl水溶液中的Nyquist图和极化曲线。图1a和图1b中曲线1和曲线2分别表示空白白铜B30电极和具有超疏水表面的白铜B30电极的电化学分析结果。
从图1a中可以看出具有超疏水表面的白铜B30电极的阻抗显然高于空白白铜B30电极的阻抗很多，这说明，本发明的具有超疏水表面的白铜B30的表面具有高的致密度，即具有超疏水表面的白铜B30的表面的致密度越高，腐蚀介质越不容易渗透到白铜B30，达到了保护膜的效果。
下表列出了由图1b得出的腐蚀电位Ecoor、腐蚀电流密度Icoor和缓蚀效率η。
结合图1b和上表可以得出，具有超疏水表面的白铜B30电极与空白白铜B30电极相比，腐蚀电流密度小了1个数量级，而腐蚀电位也正移了，这说明本发明所得的具有超疏水表面的白铜B30的表面抗腐蚀能力得到了显著的提高，耐腐蚀效率达到96.7%。
实施例2
一种具有超疏水表面的白铜B30的制备方法，包括如下步骤：
（1）、刻蚀液的制备
取13.35ml的30%wt.H2O2试剂于100ml容量瓶中，再加入1ml35-37wt.%的盐酸，配制成100ml浓度为5wt.%的盐酸H2O2溶液，即为刻蚀液；
（2）、白铜B30的预处理
将2块白铜B30分别依次经1#、3#、6#金相砂纸打磨后，在丙酮液中用超声波清洗机清洗5min左右，清洗后再依次用无水乙醇、去离子水冲洗，以除去表面油污和油脂，其中1块作为空白白铜B30使用；
（3）、化学刻蚀构建表面粗糙度
将步骤（2）预处理后的1块白铜B30浸入到步骤（1）所得的刻蚀液中，室温下刻蚀30min，刻蚀后经超声波清洗5min，室温下吹干后既得具有表面粗糙度的白铜B30；
（4）、在白铜B30的粗糙表面自组装超疏水膜
将步骤（3）所得的具有表面粗糙度的白铜B30放入预先配置好的浓度为0.1mol/L的硬脂酸的乙醇溶液中，在温度为35℃下浸泡1天后取出，先用乙醇冲洗，再经去离子水冲洗，放入40℃的烘箱中，干燥5min后取出，即在白铜B30表面自组装形成了一层硬脂酸膜，即得一种具有超疏水表面的白铜B30。
图2a、图2b分别是空白白铜B30的表面和上述所得的具有超疏水表面的白铜B30表面的电镜扫描图片。通过图2a、图2b比较可以看出经过刻蚀液刻蚀后的白铜B30表面形成了一定的粗糙结构，从而有利于构建超疏水表面。
实施例3
一种具有超疏水表面的白铜B30的制备方法，包括如下步骤：
（1）、刻蚀液的制备
取13.35ml的30%wt.H2O2试剂于100ml容量瓶中，再加入1ml35-37wt.%的盐酸，配制成体积100ml的浓度为5wt.%的盐酸H2O2溶液，即为刻蚀液；
（2）、白铜B30的预处理
将白铜B30依次经1#、3#、6#金相砂纸打磨后，在丙酮液中用超声波清洗机清洗5min左右，清洗后再依次用无水乙醇、去离子水冲洗，以除去表面油污和油脂；
（3）、化学刻蚀构建表面粗糙度
将步骤（2）预处理后的白铜B30浸入到步骤（1）所得的刻蚀液中，室温下刻蚀30min，刻蚀后经超声波清洗5min，室温下吹干既得具有表面粗糙度的白铜B30；
（4）、在白铜B30的粗糙表面自组装超疏水膜
将步骤（3）所得的具有表面粗糙度的白铜B30放入预先配置好的浓度为0.1mol/L的硬脂酸的乙醇溶液中，在温度为35℃下浸泡1天后取出，先用乙醇冲洗，再经去离子水冲洗，放入40℃的烘箱中，干燥5min后取出，即在白铜B30表面自组装形成了一层硬脂酸膜，即得一种具有超疏水表面的白铜B30。
图3a、图3b、图3c和图3d分别是上述所得的具有超疏水表面的白铜B30的表面在放大3000倍、1000倍、500倍、100倍下的表面形貌。从图3a、图3b、图3c和图3d中可以看出硬脂酸分子在白铜B30表面上的组装杂乱无章，表面呈现了大量的花瓣状微结构。
实施例4
一种具有超疏水表面的白铜B30的制备方法，包括如下步骤：
（1）、刻蚀液的制备
取13.35ml的30%wt.H2O2试剂于100ml容量瓶中，再加入1ml35-37wt.%的盐酸，配制成体积为100ml 的浓度为5wt.%的盐酸H2O2溶液，即为刻蚀液；
（2）、白铜B30的预处理
将2块白铜B30分别依次经1#、3#、6#金相砂纸打磨后，在丙酮液中用超声波清洗机清洗5min左右，清洗后再依次用无水乙醇、去离子水冲洗，以除去表面油污和油脂，其中1块作为空白白铜B30使用；
（3）、化学刻蚀构建表面粗糙度
将步骤（2）预处理后的1块白铜B30浸入到步骤（1）所得的刻蚀液中，室温下刻蚀30min，刻蚀后经超声波清洗5min，室温下吹干后既得具有表面粗糙度的白铜B30；
（4）、在白铜B30的粗糙表面自组装超疏水膜
将步骤（3）所得的具有表面粗糙度的白铜B30放入预先配置好的浓度为0.1mol/L的硬脂酸的乙醇溶液中，在温度为35℃下浸泡1天后取出，先用乙醇冲洗，再经去离子水冲洗，放入40℃的烘箱中，干燥5min后取出，即在白铜B30表面自组装形成了一层硬脂酸膜，即得一种具有超疏水表面的白铜B30。
将水滴分别滴在空白白铜B30的表面和上述所得的具有超疏水表面的白铜B30的表面上，通过表面张力测试仪（K100-MK2型，德国KRUSS公司）测量水滴在空白白铜B30的表面和上述所得的具有超疏水表面的白铜B30的表面上对水的接触角。结果表明，空白白铜B30的表面的对水的接触角为76°而具有超疏水表面的白铜B30的表面对水的接触角为152.8°。由此印证了，由于实施例3所得的具有超疏水表面的白铜B30的表面具有花瓣状微结构，而这些花瓣状微结构之间的空隙能够捕捉空气，使得白铜B30的表面从空白的亲水状态变成了超疏水状态。
以上所述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种具有超疏水表面的白铜B30，其特征在于所述的具有超疏水表面的白铜B30，即首先通过浓度为5wt.%的盐酸H2O2溶液在经预处理的白铜B30表面进行简单的化学刻蚀法，然后再通过自组装技术在经化学刻蚀后的白铜B30表面组装成一层硬脂酸膜。
2.如权利要求1所述的一种具有超疏水表面的白铜B30，其特征在于所述的经预处理的白铜B30，即将白铜依次经1#、3#、6#金相砂纸打磨后，在丙酮液中用超声波清洗机清洗5min左右，清洗后再依次用无水乙醇、去离子水冲洗，以除去表面油污和油脂。
3.如权利要求1所述的一种具有超疏水表面的白铜B30，其特征在于所述的具有超疏水表面的白铜B30，其超疏水表面对水的接触角为152.8°。
4.如权利要求1、2或3所述的一种具有超疏水表面的白铜B30的制备方法，其特征在于具体包括如下步骤：
（1）、刻蚀液的制备
将1ml的35%-37wt.%的盐酸加入到30%wt.H2O2中，配制成浓度为5wt.%的盐酸H2O2溶液，即刻蚀液；
（2）、白铜B30的预处理
将白铜依次经1#、3#、6#金相砂纸打磨后，在丙酮液中用超声波清洗机清洗5min左右，清洗后再依次用无水乙醇、去离子水冲洗，以除去表面油污和油脂；
（3）、化学刻蚀构建表面粗糙度
将步骤（2）预处理后的白铜B30浸入到步骤（1）所得的刻蚀液中，室温下刻蚀30min，刻蚀后经超声波清洗5min，室温下吹干,后既得具有表面粗糙度的白铜B30；
（4）、在白铜粗糙表面自组装超疏水膜
将步骤（3）所得的具有表面粗糙度的白铜B30放入预先配置好的浓度为0.1mol/L的硬脂酸的乙醇溶液中，在35℃下浸泡1天后取出，先用乙醇冲洗，再经去离子水冲洗，放入40℃的烘箱中，干燥5min后取出，即在白铜B30表面自组装形成了一层硬脂酸膜，即得具有超疏水表面的白铜B30。
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