CN109112589B - 一种在金属表面制备Co- TiO2超疏水纳米复合镀层及其制备方法 - Google Patents

一种在金属表面制备Co- TiO2超疏水纳米复合镀层及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109112589B
CN109112589B CN201810968462.0A CN201810968462A CN109112589B CN 109112589 B CN109112589 B CN 109112589B CN 201810968462 A CN201810968462 A CN 201810968462A CN 109112589 B CN109112589 B CN 109112589B
Authority
CN
China
Prior art keywords
electroplating
tio
metal
electroplating solution
super
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810968462.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109112589A (zh
Inventor
蒋翔
田蒙蒙
赵飞
李瞳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
South China University of Technology SCUT
Original Assignee
South China University of Technology SCUT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by South China University of Technology SCUT filed Critical South China University of Technology SCUT
Priority to CN201810968462.0A priority Critical patent/CN109112589B/zh
Publication of CN109112589A publication Critical patent/CN109112589A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109112589B publication Critical patent/CN109112589B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D3/00—Electroplating: Baths therefor
    • C25D3/02—Electroplating: Baths therefor from solutions
    • C25D3/56—Electroplating: Baths therefor from solutions of alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D15/00—Electrolytic or electrophoretic production of coatings containing embedded materials, e.g. particles, whiskers, wires
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/34—Pretreatment of metallic surfaces to be electroplated

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electroplating And Plating Baths Therefor (AREA)
  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)

Abstract

本发明公开了一种在金属表面制备Co‑TiO2超疏水纳米复合镀层及其制备方法，该方法首先对金属表面进行打磨，清洗，吹干。然后配制金属钴盐、长支链烷酸、TiO2、络合剂、表面活性剂的乙醇溶夜，搅拌并超声震荡均匀作为电镀液。再以待用的金属作为阴极，以纯铂或石墨炭为阳极进行电镀，电镀完成后对阴极进行清洗，然后吹干，即在工件上镀上了Co‑TiO2超疏水纳米复合镀层，本发明不仅实现了金属表面的超疏水性，同时赋予了其表面具有杀菌、光催化性能，所得镀层致密，接触角为155‑160°，滚动角接近0°，TiO2的含量为20%~30%，电镀液制备简单，环境友好，电镀过程易于操作，是一种可以大面积推广使用的镀层。

Description

一种在金属表面制备Co- TiO2超疏水纳米复合镀层及其制备 方法
技术领域
本发明涉及纳米复合电镀技术领域，具体涉及一种在金属表面制备Co- TiO2超疏水纳米复合镀层及其制备方法。
背景技术
金属材料广泛应用于人们的日常生活中，由于常用的金属材料容易受到空气中水蒸气和氧气的腐蚀以及磨损而破坏，因此科研工作者一直在努力寻找有效的保护材料的方法，当今比较成熟的界面技术就是电镀工艺，这种工艺方法由于成本低，设备简单，已经成功工业推广使用，但随着市场生产需求中对材料的性能要求越来越高，传统的单金属镀层已经远远满足不了镀层在硬度，耐磨性，耐腐蚀性，耐高温性的要求，取而代之的是纳米复合镀层。
纳米材料具有许多特性，例如较大的比表面积，量子效应及界面效应。纳米TiO2是一种较好的环境友好型材料，锐钛矿型的TiO2具有优良的光催化性能及抗菌能力，在水处理，空气净化，杀菌，涂料等方面有广泛的应用，使其具有良好的商业应用价值。JamesJ.Watkins和同事们用聚合物和陶瓷复合材料打印出鲨鱼皮肤表面，并添加了TiO2纳米颗粒，与不添加TiO2纳米颗粒的表面对比，添加了TiO2纳米颗粒的表面会杀死超过95%的大肠杆菌和80%的金黄色葡萄球菌。
自江雷研究小组揭示出荷叶表面超疏水以及自清洁的机理，如何制备超疏水表面得到了广大科学家的关注，当前在金属表面制备超疏水的方法主要有化学刻蚀法，阳极氧化法，气相沉积法以及热喷涂法，电镀法。相比而言电镀法由于所需设备简单，成本低廉，便于大面积制备等优点，申请号201310301855.3公开了一种在金属表面制备超疏水钴镀层的方法，通过配制含有钴盐和长支链烷酸的电镀液一步制备出超疏水镀层，申请号为201110152051.2公开了一种使用镍电镀液制备超疏水镍镀层的方法，所用的镍电镀液以氯化胆碱离子液体作为溶剂，以镍盐为溶质。
超疏水金属镀层广泛应用于轮船表面的防腐以及减阻，同时能提高金属表面的自清洁，防冰等性能，本发明首次在不同的金属表面一步电镀制备Co- TiO2超疏水纳米复合镀层,同时赋予表面超疏水性和光催化性能，同时加入TiO2纳米微粒能与钴金属在待镀工件上形成共沉积，形成同时含有钴金属与固体微粒细致而紧密的镀层，这些镀层比传统的纯钴镀层空隙少，更耐腐蚀。其制备方法简单，对设备要求不高，易于工业上大面积推广使用。
发明内容
本发明针对当前对材料表面性能要求较高的前提下，提出了一种在金属表面制备Co- TiO2超疏水纳米复合镀层及其制备方法，使具有光催化活性的TiO2均匀分散到超疏水钴镀层中，使其牢固结合在一块。本发明制备的Co- TiO2超疏水纳米复合镀层具有较好的疏水性能，同时表面具有良好的杀菌性能，可见光下能有效分解有机物，在航海，空调，汽车领域有广阔的应用前景。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种在金属表面制备Co- TiO2超疏水纳米复合镀层的方法，包括以下步骤：
（1）金属表面的预处理：首先用砂纸对金属表面进行打磨，然后用表面活性剂进行超声清洗，再用丙酮进行超声清洗，最后用稀硫酸清洗，吹干，待用；
（2）电镀液的配置；将金属钴盐、长支链烷酸、络合剂、表面活性剂和纳米级别的TiO2加入乙醇中，磁力搅拌，然后超声震荡均匀，得电镀液；
（3）以步骤（1）所得待镀金属工件为阴极，以铂片或者碳为阳极，在步骤（2）配制的电镀液中进行电镀，然后对阴极进行乙醇冲洗，吹干后在金属表面得到Co- TiO2超疏水纳米复合镀层。
优选的，步骤（1）中所述砂纸为800目和400目。
优选的，所述金属为不锈钢和黄铜导电金属材料。
优选的，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。
优选的，所述稀硫酸的浓度为0.5mol/l~2mol/l。
优选的，所述超声清洗的时间为10min~20min。
优选的，所述用稀硫酸清洗的时间为30~60s。
优选的，步骤（2）中所述的金属钴盐为氯化钴或硫酸钴。
优选的，所述金属钴盐在电镀液中的浓度为0.05~0.2mol/l。
优选的，步骤（2）中所述的长支链烷酸为硬脂酸，肉豆蔻酸或十八烷酸。
优选的，所述长支链烷酸在电镀液中的浓度为0.05~0.3mol/l。
优选的，步骤（2）中所述的络合剂为柠檬酸钠，葡萄糖酸钠或柠檬酸铵。
优选的，所述络合剂在电镀液中的浓度为40~100g/l。
优选的，步骤（2）中所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠和十二烷基硫酸钠的一种或两种。
优选的，所述表面活性剂在电镀液中的浓度为0.01~0.2g/l。
优选的，步骤（2）中所述的TiO2为锐钛矿型，规格为10nm~100nm，尺寸为10nm~100nm。
优选的，所述TiO2在电镀液中的浓度为10g/l~20g/l。
优选的，步骤（2）中采用功率为200W~500W的超声仪器超声10~20min，200-800r/min磁力搅拌器搅拌10~40min。
优选的，步骤（3）中所述电镀的电源为交变流电源，电压设定为15~30V，电镀时间为5~30min，电镀液温度为室温，电镀过程中电镀液一直在磁力搅拌器下搅拌，保证电镀液分散均匀。
由以上所述的方法制得的Co- TiO2超疏水纳米复合镀层。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
（1）掺杂纳米粒子促使金属镀层分散更加均匀，镀层更加致密，空隙率大大减少，更加耐腐蚀。
（2）锐钛矿TiO2纳米颗粒的加入赋予了超疏水表面具有一定的光催化性能，在可见光下具有良好的杀菌能力，以及抑制微生物在金属表面的生长，同时还能分解表面的有机物。
（3）电镀液配方简单，生产成本廉价，不需要昂贵的设备，便于大规模制备。
（4）制备的超疏水表面平整，均匀，纳米粒子的加入增加了表面的粗糙度，接触角达到155~160°，滚动角接近0°，本发明制备的Co- TiO2超疏水纳米复合镀层可满足工业上既需要达到疏水性能又要达到抑菌性能要求的特殊需求，具有一定的实际应用价值。
附图说明
图1a、图1b为Co- TiO2超疏水纳米复合镀层的SEM图。
图2a~图2d为Co- TiO2超疏水纳米复合镀层的接触角图。
图3为降解有机物（杀菌）的原理图。
具体实施方式
以下结合实例与附图对本发明的具体实施作进一步的说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
首先将99.9%的黄铜片用800目和400目的砂纸打磨，剪刀剪成长5×3cm规格，然后用十二烷基苯磺酸钠超声清洗10min，丙酮清洗20min，0.5mol/l的稀硫酸清洗60s，最后用蒸馏水冲洗干净，吹干待用。
用托盘天平准确称取二氯化钴2.6g，硬脂酸8.50g，25nm的二氧 化钛10g，十二烷基苯磺酸钠0.02g，柠檬酸钠4g，放入烧杯中，再用量筒量取100ml无水乙醇，倒入烧杯中，先用功率为300W的超声仪器超声10min，然后用500r/min的磁力搅拌器搅拌30min，获得分散均匀的电镀液。
将清洗的黄铜片为阴极，纯铂片为阳极，在配置的电镀液中进行电镀，控制电压为15V，电镀30min，电镀液温度维持30℃，电镀液在电镀过程中一直处于500r/min磁力搅拌下。
取出待镀工件，乙醇冲洗干净，吹干，用接触角测量仪测得接触角为155°，滚动角为1°，如图2a所示。镀层的扫描电镜图如图1a和图1b，从图中可以清晰地看到TiO2均匀的分散在镀层中，且镀层分散均匀。图3描述了镀层上二氧化钛杀菌原理图。
实施例2
将不锈钢用800目和400目的砂纸打磨，剪刀剪成长5×3cm规格，然后用十二烷基苯磺酸钠超声清洗15min，丙酮清洗10min，0.5mol/l的稀硫酸清洗1min，最后用蒸馏水冲洗干净，吹干待用。
用托盘天平准确称取二氯化钴0.650g，肉豆蔻酸1.420g，25nm的二氧 化钛15g，十二烷基苯磺酸钠0.04g，葡萄糖酸铵7g放入烧杯中，再用量筒量取100ml无水乙醇，倒入烧杯中，先用功率为300W的超声仪器超声10min，然后用400r/min的磁力搅拌器搅拌30min，获得分散均匀的电镀液。
将清洗的黄铜片为阴极，纯铂片为阳极，在配置的电镀液中进行电镀，控制电压为30V，电镀5min，电镀液温度维持30℃，电镀液在电镀过程中一直处于800r/min磁力搅拌下。
取出待镀工件，乙醇冲洗干净，吹干，用接触角测量仪测得接触角为160°，滚动角为3°，如图2b所示。
实施例3
将黄铜片用800目和400目的砂纸打磨，剪刀剪成长5×3cm规格，然后用十二烷基硫酸钠超声清洗10min，丙酮清洗15min，2mol/l的稀硫酸清洗30s，最后用蒸馏水冲洗干净，吹干待用。
用托盘天平准确称取二氯化钴2.60g，十八烷酸8.50g，10nm的二氧 化钛20g，十二烷基苯磺酸钠0.04g，柠檬酸钠10g，放入烧杯中，再用量筒量取100ml无水乙醇，倒入烧杯中，先用功率为500W的超声仪器超声10min，然后用500r/min的磁力搅拌器搅拌30min，获得分散均匀的电镀液。
将清洗的黄铜片为阴极，纯铂片为阳极，在配置的电镀液中进行电镀，控制电压为22.5V，电镀17.5min，电镀液温度维持30℃，电镀液在电镀过程中一直处于400r/min磁力搅拌下。
取出待镀工件，乙醇冲洗干净，吹干，用接触角测量仪测得接触角为158°，滚动角为1°，如图2c所示。
实施例4
将纯度为99.9%的铝片用800目和400目的砂纸打磨，剪刀剪成长5×3cm规格，然后用十二烷基硫酸钠超声清洗15min，丙酮清洗15min，0.5mol/l的稀硫酸清洗30s，最后用蒸馏水冲洗干净，吹干待用。
用托盘天平准确称取二氯化钴1.63g，硬脂酸4.90g，100nm的二氧 化钛10g，十二烷基苯磺酸钠0.02g，柠檬酸钠4g，放入烧杯中，再用量筒量取100ml无水乙醇，倒入烧杯中，先用功率为300W的超声仪器超声10min，然后用300r/min的磁力搅拌器搅拌30min，获得分散均匀的电镀液。
将清洗的铝片为阴极，纯铂片为阳极，在配置的电镀液中进行电镀，控制电压为20V，电镀15min，电镀液温度维持30℃，电镀液在电镀过程中一直处于400r/min磁力搅拌下。
取出待镀工件，乙醇冲洗干净，吹干，用接触角测量仪测得接触角为157°，滚动角为4°，如图2d所示。

Claims (10)

1.一种在金属表面制备Co- TiO2超疏水纳米复合镀层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）金属表面的预处理：首先用砂纸对金属表面进行打磨，然后用表面活性剂进行超声清洗，再用丙酮进行超声清洗，最后用稀硫酸清洗，吹干，待用；
（2）电镀液的配置；将金属钴盐、长支链烷酸、络合剂、表面活性剂和纳米级别的TiO2加入乙醇中，磁力搅拌，然后超声震荡均匀，得电镀液；
（3）以步骤（1）所得待镀金属工件为阴极，以铂片或者碳为阳极，在步骤（2）配制的电镀液中进行电镀，然后对阴极进行乙醇冲洗，吹干后在金属表面得到Co- TiO2超疏水纳米复合镀层；
步骤（2）中所述的长支链烷酸为硬脂酸，肉豆蔻酸或十八烷酸；
步骤（2）中所述的络合剂为柠檬酸钠，葡萄糖酸钠或柠檬酸铵；
步骤（2）中所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠和十二烷基硫酸钠的一种或两种。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中所述砂纸为800目和400目；所述金属为不锈钢和黄铜导电金属材料；所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠；所述稀硫酸的浓度为0.5mol/l~2mol/l；所述超声清洗的时间为10min~20min；所述用稀硫酸清洗的时间为30~60s。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中所述的金属钴盐为氯化钴或硫酸钴；所述电镀液中CoCl2的浓度为0.05~0.2mol/l。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中所述电镀液中硬脂酸或者十八烷酸的浓度为0.05~0.3mol/l。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中所述电镀液中络合剂的浓度为40~100g/l。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中所述电镀液中表面活性剂的浓度为0.01~0.2g/l。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中所述的TiO2为锐钛矿型，规格为10nm~100nm；所述电镀液中TiO2的浓度为10g/l~20g/l。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中采用功率为200W~500W的超声仪器超声10~20min，200-800r/min磁力搅拌器搅拌10~40min。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中所述电镀的电源为交变流电源，电压设定为15~30V，电镀时间为5~30min，电镀液温度为室温，电镀过程中电镀液一直在磁力搅拌器下搅拌，保证电镀液分散均匀。
10.由权利要求1-9任一项所述的方法制得的Co- TiO2超疏水纳米复合镀层。
CN201810968462.0A 2018-08-23 2018-08-23 一种在金属表面制备Co- TiO2超疏水纳米复合镀层及其制备方法 Active CN109112589B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810968462.0A CN109112589B (zh) 2018-08-23 2018-08-23 一种在金属表面制备Co- TiO2超疏水纳米复合镀层及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810968462.0A CN109112589B (zh) 2018-08-23 2018-08-23 一种在金属表面制备Co- TiO2超疏水纳米复合镀层及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109112589A CN109112589A (zh) 2019-01-01
CN109112589B true CN109112589B (zh) 2020-11-24

Family

ID=64860892

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810968462.0A Active CN109112589B (zh) 2018-08-23 2018-08-23 一种在金属表面制备Co- TiO2超疏水纳米复合镀层及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109112589B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110424029A (zh) * 2019-07-10 2019-11-08 广东工业大学 一种金属表面耐蚀自清洁的超疏水镀层及其制备方法和应用
CN112736255B (zh) * 2020-12-31 2022-11-18 山东省科学院新材料研究所 一种超疏水金属-空气电池的空气电极及制备方法与应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102140659A (zh) * 2011-02-24 2011-08-03 西北工业大学 一种制备超疏水薄膜的方法
CN102677132A (zh) * 2012-05-28 2012-09-19 大连理工大学 一种金属基体超疏水镀层的制备方法
CN103382564A (zh) * 2013-07-18 2013-11-06 华南理工大学 金属表面超疏水钴镀层及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102140659A (zh) * 2011-02-24 2011-08-03 西北工业大学 一种制备超疏水薄膜的方法
CN102677132A (zh) * 2012-05-28 2012-09-19 大连理工大学 一种金属基体超疏水镀层的制备方法
CN103382564A (zh) * 2013-07-18 2013-11-06 华南理工大学 金属表面超疏水钴镀层及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Relationship between the structure and hydrophobic performance of Ni-TiO2 nanocomposite coatings by electrodeposition;iya Huang et al;《Surface & Coating Technology》;20110224;第205卷(第13-14期);第3872-3875页 *
二氧化钛光催化材料的制备及性能评价;熊亮;《广东工业大学硕士学位论文》;20120915;第10-11、37-47页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109112589A (zh) 2019-01-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101532159B (zh) 一种金属铝超疏水表面的制备方法
Baram et al. Enhanced inactivation of E. coli bacteria using immobilized porous TiO2 photoelectrocatalysis
CN105110425A (zh) 一种碳纳米管改性三维多孔钛基体二氧化铅电极的制备方法
Zhang et al. Effect of CeO2 and graphite powder on the electrochemical performance of Ti/PbO2 anode for zinc electrowinning
CN103007965B (zh) 一种钛基碳纳米管负载铜钯双金属催化剂及其制备方法
CN109112589B (zh) 一种在金属表面制备Co- TiO2超疏水纳米复合镀层及其制备方法
CN101994142B (zh) 一种铝材表面制备二氧化钛/铜纳米复合抗菌涂层的方法
Ji et al. Study on hydrophobicity and wettability transition of Ni-Cu-SiC coating on Mg-Li alloy
CN105483744B (zh) 一种多孔析氢催化剂及其制备方法及含有所述析氢催化剂的电极
CN106400079A (zh) 一种铝合金表面多层超疏水复合膜层的制备方法
CN102127771A (zh) 一种铝合金表面负载二氧化钛纳米管薄膜的制备方法
Dong et al. Electrochemical reduction induced self-doping of oxygen vacancies into Ti–Si–O nanotubes as efficient photoanode for boosted photoelectrochemical water splitting
CN109082654A (zh) 一种基于纳米晶锌镀层水热反应制备氧化锌纳米线薄膜的方法
CN109465016A (zh) 一种钯/氧化石墨烯/泡沫铜复合电极及其制备方法和应用
Lebedeva et al. Advances in application of ionic liquids: fabrication of surface nanoscale oxide structures by anodization of metals and alloys
CN109537030B (zh) 一种碳纳米颗粒溶液的制备方法及其在镍涂层中的应用
CN108130570A (zh) 一种复合三价电镀铬工艺
CN104911643A (zh) 氯化胆碱类离子液体中由氧化铁电沉积纳米铁的方法
Yan et al. Microrod structure and properties of Sb-doped Ti/SnO 2 anodes prepared by magnetron sputtering
CN106521496A (zh) 一种在碳钢表面电泳碳纳米管后化学镀镍制备高析氢活性电极的方法
Zhang et al. Smoothing effect of H3BO3 on hydrogen evolution catalyst and the promotion of hydrogen evolution
CN106809918A (zh) 一种碳纳米管修饰二氧化铅电极及其制备方法
Chen et al. Electrosynthesis and physicochemical properties of α–PbO2–CeO2–TiO2 composite electrodes
CN113481530A (zh) 一种不锈钢基催化剂及其制备方法与应用
CN114622238B (zh) 一种过渡金属基析氢析氧双功能电极的制备及应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant