pH响应浸润性可切换的钛合金表面膜层、制备方法及钛合金

【】本发明涉及金属表面处理，尤其涉及一种ph响应浸润性可切换的钛合金表面膜层、制备方法及钛合金。

背景技术

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背景技术：

1、近年来民用和国防科技的快速发展，钛合金被广泛应用于坦克、舰船、航空飞机等领域的关键部件制造，且要求能够耐受高温、高压、高湿度、高盐等恶劣服役环境。但包含钛合金在内的各种金属材料化学稳定性具有一定的限制，在恶劣的环境下容易发生化学或电化学反应，导致金属材料发生应力腐蚀开裂和腐蚀疲劳，从而显著降低其机械性能，破坏金属材料的电子和机械性能，缩短设备的使用寿命，甚至造成灾难性破坏。

2、目前，因腐蚀而造成的耐久性衰退一直是影响金属材料全方面应用的最大障碍。导致金属表面腐蚀的主要原因是涂层受到机械磨损、冲击、侵蚀和剥离，或者涂层在高温、腐蚀、紫外照射等条件下，保护性表面的微结构被分解破坏。

3、受自然界启发的特殊润湿性界面材料具有非常好的应用前景。相比于传统的表面涂层，它们具有自清洁、防污、集水、防腐蚀等性能，尤其是超疏水表面形成的结构能够防止腐蚀介质渗入，抑制腐蚀单元的形成，进而增加金属的服役寿命。

4、因此，有必要研究一种ph响应浸润性可切换的钛合金表面膜层、制备方法及钛合金来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

技术实现思路

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技术实现要素：

1、有鉴于此，本发明提供了一种ph响应浸润性可切换的钛合金表面膜层、制备方法及钛合金，通过简单的制备工艺，材料表面的浸润性可控，具有良好的耐久性，可以适应恶劣的外界环境。

2、一方面，本发明提供一种ph响应浸润性可切换的钛合金表面膜层的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

3、s1：将待制膜的钛合金进行预处理；

4、s2：将盐酸多巴胺溶解在三羟甲基氨基甲烷中，加入hcl水溶液调节ph至8-9，获得第一溶液；

5、s3：将月桂酸超声分散于乙醇中，缓慢滴加正钛酸四丁酯后搅拌，随后加入去离子水和hcl水溶液，再次进行搅拌，获得第二溶液；

6、s4：混合第一溶液和第二溶液后，加入去离子水并在预设温度下进行搅拌，获得第三溶液；

7、s5：预设浸泡次数和干燥次数，采用浸入法将预处理后的钛合金置于第三溶液中进行浸泡并干燥，获得具有ph响应的表面可切换润湿特性的钛合金表面膜层及改性钛合金。

8、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述s1中预处理过程包括打磨抛光处理、清洗处理和干燥处理，s1中待制膜的钛合金包括但不限于ti-6al-4v。

9、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述s1中预处理过程还包括在抛光打磨处理之后进行脱脂处理，脱脂处理过程中，脱脂液的配制由十二烷基磺酸钠，硅酸钠，三聚磷酸钠、乳化剂和无水碳酸钠按0.8:0.5:0.8:0.5:0.8的质量比组成，将温度升高至50-80℃溶解后使用。

10、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述s1中打磨抛光处理的具体过程为：依次使用600、1000、1500目的砂纸对钛合金的待加工面进行打磨；所述s1中清洗处理过程具体为依次通过丙酮、乙醇和去离子水进行清洗，重复三次后干燥。

11、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述s2中盐酸多巴胺水溶液的浓度1～3mg/ml，盐酸多巴胺溶解在三(羟甲基)氨基甲烷30～50mm/l，hcl水溶液的浓度0.2～0.25mol/l。

12、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述s3具体为：首先将1～3g月桂酸超声分散于100～150ml乙醇中，缓慢滴加3～4ml正钛酸四丁酯，搅拌5～15min，然后加入1～3ml去离子水和50～150ul的hcl水溶液，搅拌20～40min。

13、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，7、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述s4中浸入法为简单浸入法，加入去离子水10～30ml，预设温度50～60℃，搅拌时间1～1.5h，所述s5中浸泡次数和干燥次数预设2～4次。

14、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述制备方法还包括：s6，润湿性表现切换：将改性钛合金放置ph＝3水溶液中，合金表面润湿性表现为疏水性，放置ph＝12水溶液中，合金表面润湿性可转换为亲水性。

15、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种ph响应浸润性可切换的钛合金表面膜层，所述钛合金表面膜层通过所述的制备方法制备获得。

16、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种具有ph响应浸润性可切换的钛合金表面膜层的钛合金，所述钛合金由待制膜的钛合金和钛合金表面膜层组成，所述钛合金表面膜层通过所述的制备方法制备获得。

17、与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：

18、1.制备方法采用浸入法，缩短了改性合金的制备周期，无需特殊的实验设备，原料易得，为工业化快速生产改性钛合金提供了一种高效可行的方法。

19、2.配制的改性溶液不含有毒的含氟或含碳低表面能物质，对环境无害，属于环保型配方。

20、3.改性钛合金用ph＝3水处理后的水接触角可以达到125.5°。

21、4.改性钛合金耐磨损，耐紫外线照射、耐高温和高盐，具有服役稳定性。

22、5.改性钛合金可以快速实现表面润湿性的切换，用于不同ph工况条件下的智能应用。

23、6.该测试方法验证改性钛合金的服役稳定性，其中的自清洁以及附着力测试可以直观的研究改性合金的自洁性能。耐久性测试可以研究磨损、紫外线和温度对改性钛合金浸入性能的影响。采用三电极体系的电化学的方法，可以迅速测量改性合金腐蚀性能的变化，并且更为简易的探究样品放置在高盐环境中不同时间对合金腐蚀性能的影响。

24、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

技术特征：

1.一种ph响应浸润性可切换的钛合金表面膜层的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述s1中预处理过程包括打磨抛光处理、清洗处理和干燥处理，s1中待制膜的钛合金包括但不限于ti-6al-4v。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述s1中预处理过程还包括在抛光打磨处理之后进行脱脂处理，脱脂处理过程中，脱脂液的配制由十二烷基磺酸钠，硅酸钠，三聚磷酸钠、乳化剂和无水碳酸钠按0.8:0.5:0.8:0.5:0.8的质量比组成，将温度升高至50-80℃溶解后使用。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述s1中打磨抛光处理的具体过程为：依次使用600、1000、1500目的砂纸对钛合金的待加工面进行打磨；所述s1中清洗处理过程具体为依次通过丙酮、乙醇和去离子水进行清洗，重复三次后干燥。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述s2中盐酸多巴胺水溶液的浓度1～3mg/ml，盐酸多巴胺溶解在三(羟甲基)氨基甲烷30～50mm/l，hcl水溶液的浓度0.2～0.25mol/l。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述s3具体为：首先将1～3g月桂酸超声分散于100～150ml乙醇中，缓慢滴加3～4ml正钛酸四丁酯，搅拌5～15min，然后加入1～3ml去离子水和50～150ul的hcl水溶液，搅拌20～40min。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述s4中浸入法为简单浸入法，加入去离子水10～30ml，预设温度50～60℃，搅拌时间1～1.5h，所述s5中浸泡次数和干燥次数预设2～4次。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：s6，润湿性表现切换：将改性钛合金放置ph＝3水溶液中，合金表面润湿性表现为疏水性，放置ph＝12水溶液中，合金表面润湿性可转换为亲水性。

9.一种ph响应浸润性可切换的钛合金表面膜层，其特征在于，所述钛合金表面膜层通过上述权利要求1-8之一所述的制备方法制备获得。

10.一种具有ph响应浸润性可切换的钛合金表面膜层的钛合金，其特征在于，所述钛合金由待制膜的钛合金和钛合金表面膜层组成，所述钛合金表面膜层通过上述权利要求1-8之一所述的制备方法制备获得。

技术总结
本发明提供了一种pH响应浸润性可切换的钛合金表面膜层、制备方法及钛合金，包括：S1：将待制膜的钛合金进行预处理；S2：将盐酸多巴胺溶解在三羟甲基氨基甲烷中，获得第一溶液；S3：将月桂酸超声分散于乙醇中，缓慢滴加正钛酸四丁酯后搅拌，随后加入去离子水和HCl水溶液，再次进行搅拌，获得第二溶液；S4：混合第一溶液和第二溶液后，加入去离子水并在预设温度下进行搅拌，获得第三溶液；S5：采用浸入法将预处理后的钛合金置于第三溶液中进行浸泡并干燥，获得具有pH响应的表面可切换润湿特性的钛合金表面膜层及改性钛合金，本发明通过简单的制备工艺，材料表面的浸润性可控，具有良好的耐久性，可以适应恶劣的外界环境。

技术研发人员：王宁,朱其亮,孙恩奇
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23