第30卷第3期 2015年3月
文章编号：1000-324X(2015)03-0299-06
无机材料学报 Journal of Inorganic Materials
Vol. 30 No. 3 Mar.,2015
DOI: 10.15541/jim20140421
溶胶-凝胶法制备超疏水性薄膜摩擦学性能的研究
方勇，张泉，李杨
(青岛理工大学机械工程学院，青岛266033)
摘要：采用溶胶-凝胶技术在铝表面涂覆氧化铝薄膜，再利用长链脂肪酸对氧化铝薄膜进行疏水改性，在金属铝表面构筑了具有较强减摩性能的超疏水薄膜。研究了沸水及水合肼溶液处理对氧化铝薄膜表面微纳织构的影响；探讨了脂肪酸分子结构对薄膜静态和动态润湿性的影响，利用球盘式微纳米厚操磨损试验机评价了薄膜的除擦学性能，结果显示，水合肼溶液处理后的氧化铝薄膜经硬脂酸改性后不仅表现出超疏水性能，而且具有较强的减摩性能。
关键词：溶胶-凝胶；铝；超疏水性能；减摩特性
中图分类号：0647
文献标识码：A
Tribological Performance of Sol-Gel Derived Superhydrophobic Film
WANYong,ZHANG Quan, LI Yang
(School of Mechanical Engineering, Qingdao Technological University, Qingdao 266033, China)
Abstract: A simple two-step process was developed in this study to render aluminum with lower friction and superhydrophobicity. Alumina film was firstly fabricated on aluminum by Sol-Gel technology. Fatty acid was then deposited on alumina film to endow superhydrophobicity. The surface morphology of alumina film after treatment using boiling water or hydrazine solution was evaluated. The effect of molecular structure of fatty acid on the wettability of the composite film was investigated. Friction-reducing behavior of the superhydrophobic films on aluminum was determined in a ball-on-plate configuration. It was found that the stearic acid film on alumina film treated by hydrazine solution showed superhydrophobicity and low friction, leading to significantly extending lifespan of the alumina film.
Key words: Sol-Gel; aluminum; superhydrophobicity; friction-reducing performance
金属铝由于比重小、质量轻，同时又具有良好的金属延展性和可塑性，在日常生活和工业生产中得到了广泛的应用。然而，铝合金由于化学活性高和黏性强导致其耐磨和抗擦伤性能差，难于润滑，特别是在常用的钢一铝摩擦副中，由于铝和钢之间存在较大的固落溶度，摩擦过程中易发生铝钢的转移，从而造成铝件的严重磨损；在铝合金的加工过程中，这种转移会严重影响工件的表面质量，缩短模具的使用寿命1-4)。近年来，随着铝基材料在数字
微镜器件等微机电系统(MEMS)中的应用，材料表面微纳尺寸上粘着失效和摩擦磨损严重影响MEMS 的性能和稳定性[3-)。以往的研究发现，传统意义上的液体润滑剂已经不再适合润滑这类微纳机构，而环境中水分子在接触区的凝结所形成的毛细管力是微纳接触条件下导致材料摩擦和磨损的主要因系。因此，利用表面改性技术实现表面疏水化以减小水分子在表面的吸附是解决这一问题的重要手段。目前多在材料表面沉积自组装单分子膜(SAMs)来实
收稿日期：2014-08-15；收到修改稿日期：2014-11-04
基金项目：国家自然科学基金(51375249)National Natural Science Foundation of China (51375249) 作者简介：万勇(1968)，男，教授.E-mail：wanyong@qtech.edu.cn