Surface en aluminium microtexturée superhydrophobe et oléophobe avec une longue durabilité dans un environnement corrosif

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 1737 (2023) Citer cet article

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Les surfaces en aluminium superhydrophobes (SHP) et oléophobes ont été préparées grâce à la combinaison d'un processus de microtexturation chimique évolutif et d'une fonctionnalisation de surface avec des fragments polyfluoroalkyles à longue chaîne. L'effet d'une couche anodique sur la surface microtexturée a été évalué en tenant compte de la morphologie de la surface, de la superhydrophobie, des propriétés mécaniques de la surface et de l'amélioration de la protection contre la corrosion. La fonctionnalisation de surface avec des fragments polyfluoroalkyle a été abordée de deux manières différentes : (i) greffage des fragments polyfluoroalkyle et (ii) dépôt d'un mince revêtement hybride à faible teneur en composé contenant du polyfluoroalkyle. Des surfaces en aluminium présentant une durabilité élevée dans les environnements de brouillard salin, qui conservent les propriétés SHP et oléophobes au moins jusqu'à 2016 h, ont été atteintes. Les applications de ce type de surfaces vont des surfaces faciles à nettoyer aux fonctionnalités antigivrantes ou anti-condensation qui pourraient intéresser plusieurs secteurs.

Les alliages d'aluminium sont largement utilisés dans une grande variété de secteurs, notamment la construction, l'automobile, la marine, l'aéronautique ou l'électroménager grâce à leurs excellentes propriétés, telles qu'une résistance spécifique supérieure, une conductivité électrique remarquable ou un poids spécifique relativement faible. Ces dernières années, la demande de surfaces dotées de nouvelles propriétés telles que l'autonettoyage1 ou l'antigivrage2,3 présentant également une résistance élevée à la corrosion4 a orienté la recherche de nouveaux traitements de surface présentant une superhydrophobie, c'est-à-dire un angle de contact avec l'eau (WCA) supérieur à 150° avec angles de glissement inférieurs à 5°5 et oléophobie, c'est-à-dire angle de contact supérieur à 90° avec des liquides à faible énergie comme l'hexadécane.

La superhydrophobie d’une surface dépend à la fois de sa composition et de sa morphologie. Le WCA maximum des surfaces lisses à faible énergie interfaciale peut difficilement atteindre 110-120°. Ainsi, pour obtenir une superhydrophobie, la surface doit combiner des caractéristiques chimiques et morphologiques, étudiées par de nombreux auteurs5,6. Grâce à l'adaptation de la rugosité spécifique de la surface (micro-nanotexturation), l'hydrophobicité d'une surface à faible énergie interfaciale peut être encore augmentée (de Cassie-Baxter à l'état de Wenzel), conduisant à une superhydrophobie. Différentes méthodes sont rapportées dans la littérature pour adapter la rugosité de surface, telles que le traitement mécanique7, la gravure chimique8,9,10, le traitement électrochimique11, la texturation laser12 ou l'anodisation13. Cependant, la mise en œuvre de certains d'entre eux au niveau industriel est difficile en raison des délais et des coûts de traitement relativement élevés ou de la difficulté de traiter des pièces non plates ou des géométries complexes. De plus, la méthode appliquée peut affecter les propriétés des matériaux telles que la mécanique, la durabilité ou la résistance à la corrosion.

Étant donné que l'industrie exige la rentabilité et les propriétés homogènes des pièces à géométrie complexe, plusieurs procédés chimiques permettant une fabrication à grande échelle sont considérés comme potentiellement adaptés à la production de pièces en aluminium superhydrophobes (SHP) et oléophobes.

Parmi les publications traitant des surfaces SHP en aluminium traitées chimiquement, seules quelques-unes étudient l'oléophobie10. Les surfaces repoussant à la fois l’eau (hydrophobes) et l’huile (oléophobes), dites amphiphobes, sont plus difficiles à traiter que les surfaces aux propriétés simplement hydrophobes14. Par exemple, Choi et al.15 ont obtenu des surfaces d'aluminium hiérarchiques SHP et oléophobes avec différentes morphologies en utilisant trois types différents de procédés de gravure chimique alcaline. Carneiro et al.16 ont obtenu des surfaces en aluminium SHP et oléophobes grâce à une gravure chimique suivie du dépôt de revêtements de silicate organiquement modifiés synthétisés par des méthodes sol-gel. Varshney et al.17 ont obtenu des surfaces en aluminium SHP dotées de propriétés autonettoyantes et antibuée grâce à une gravure chimique et une passivation à l'acide laurique. Ruan et al.18 ont obtenu différentes surfaces en aluminium SHP avec une fonctionnalité anti-givrage grâce à des méthodes spécifiques d'oxydation anodique électrochimique et de gravure chimique qui simplifient les procédures de fabrication pour l'obtention de surfaces SHP. Barthwal et al.19 ont fabriqué un aluminium superamphiphobe mécaniquement stable, c'est-à-dire un angle de contact WCA et hexadécane (HCA) supérieur à 150°, en combinant une simple gravure chimique et une anodisation avec un greffage de 1H,1H,2H,2H-perfluorooctyltrichlorosilane (FAS13). Plus récemment, Kikuchi et al.20 ont produit une surface d'aluminium superamphiphobe (les angles de contact avec l'eau et le dodécane étaient supérieurs à 150°) combinant des méthodes de gravure électrochimique (dans une solution d'acide chlorhydrique) et d'anodisation (dans une solution d'acide pyrophosphorique) démontrant des angles de contact élevés avec différents glissements. angles en fonction du temps d'anodisation.