鎂合金磷酸鹽/脂肪酸鹽復(fù)合超疏水耐蝕膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及合金表面處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鎂合金磷酸鹽基層/超疏水復(fù)合膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鎂合金有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):1、輕，鎂合金密度只有1.8g/cm3左右，它是實(shí)用金屬中最輕的金屬；2、相對(duì)比強(qiáng)度最高，比剛度接近鋁合金和鋼，遠(yuǎn)高于工程塑料；3、熔點(diǎn)低，穩(wěn)定性好，壓鑄性能好，鑄件尺寸精度高；4、良好的電磁屏蔽能力，防輻射能力；等等。
[0003]基于以上優(yōu)點(diǎn)，鎂合金在汽車工業(yè)、便攜式器械、3C等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。醫(yī)藥化工和航空航天部門對(duì)鎂合金的應(yīng)用也越來(lái)越重視。
[0004]鎂合金的缺點(diǎn)在于:抗腐蝕能力不如人意。在元素周期表中可以看出，鎂元素非?；顫?。一般鎂合金的腐蝕電位很低，只有-2.73V。所以，在潮濕環(huán)境下，鎂合金極易發(fā)生電化學(xué)腐蝕。
[0005]在鎂合金表面制備一層分布均勻的耐蝕膜隔離腐蝕環(huán)境，可以提高鎂合金的抗腐蝕能力。
[0006]磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜是一種操作簡(jiǎn)單的，效果顯著的提高鎂合金耐腐蝕性能的耐蝕膜，但至今仍然難以滿足實(shí)際工程需要。
[0007]超疏水膜表面是可使水滴在其表面的接觸角大于150°，滾動(dòng)角小于10°。當(dāng)超疏水表面浸入腐蝕介質(zhì)中時(shí)，在“固-液”界面上存在大量的液封的氣囊，從而形成一層“氣墊”，進(jìn)而起到隔絕腐蝕介質(zhì)和金屬本體的作用。(如若在磷酸鹽轉(zhuǎn)化層上形成超疏水層可大幅降低耐蝕膜層與腐蝕媒介的接觸，有望大幅提高膜層的耐蝕性能。)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，本發(fā)明提供了一種鎂合金磷酸鹽/脂肪酸鹽復(fù)合超疏水耐蝕膜的制備方法，大大改進(jìn)了單一磷酸鹽膜的不足，從而增強(qiáng)了鎂合金的耐蝕性能。
[0009]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:一種鎂合金磷酸鹽/脂肪酸鹽復(fù)合超疏水耐蝕膜的制備方法，包括按順序進(jìn)行的如下步驟:
[0010]步驟[I]將鎂合金表面進(jìn)行磷酸鹽轉(zhuǎn)化處理，在鎂合金表面形成一層在微觀尺度具有粗糙特征及微觀裂紋分布均勻的磷酸鹽轉(zhuǎn)化基層；
[0011]步驟[2]采用電沉積的方法，在步驟[I]處理后鎂合金的在微觀尺度具有粗糙特征及微觀裂紋分布均勻的磷酸鹽轉(zhuǎn)化基層表面電沉積一層超疏水薄膜。
[0012]進(jìn)一步的，步驟[I]所述磷酸鹽轉(zhuǎn)化處理步驟為:1、將鎂合金試樣用400目到600目的耐水砂紙粗磨；2、將鎂合金試樣用2000目到2500目的耐水砂紙細(xì)磨；3、用丙酮和分析純的酒精先后對(duì)鎂合金試樣超聲波清洗10分鐘，然后涼風(fēng)吹干；4、最后在由磷酸鹽、錳鹽、磷酸、去離子水組成的溶液中進(jìn)行磷化處理。
[0013]進(jìn)一步的，磷酸鹽選用K2HP04、Ca3(PO4)2、似2即04的1:1:1混合物，所述錳鹽選用KMnO4。
[0014]進(jìn)一步的，上述磷酸鹽轉(zhuǎn)化水溶液中，上步磷酸鹽的濃度為90?150g/L，錳鹽的濃度為30?40g/L，轉(zhuǎn)化液的PH值為3?5之間。
[0015]進(jìn)一步的，上述轉(zhuǎn)化處理過(guò)程中，轉(zhuǎn)化處理液水浴保持溫度在30?50°C，反應(yīng)時(shí)間為15?40分鐘，轉(zhuǎn)化處理過(guò)程中采用多功能恒溫磁力攪拌器進(jìn)行控溫和攪拌。
[0016]進(jìn)一步的，步驟[2]中的具體操作步驟為:1、用600目?1000目的砂紙將生成在微觀尺度具有粗糙特征及微觀裂紋分布均勻的磷酸鹽轉(zhuǎn)化基層的長(zhǎng)方體鎂合金試樣其中一個(gè)側(cè)面進(jìn)行適當(dāng)打磨，增強(qiáng)鎂合金試樣的導(dǎo)電性。然后把打磨并用去離子水清洗的側(cè)面連接到電解槽的陰極，放到電解液中。選擇電源電壓為30?60V，讓樣品在幾種脂肪酸、幾種鈰鹽和無(wú)水乙醇組成的混合溶液中電沉積。
[0017]進(jìn)一步的，上步中的幾種脂肪酸用硬脂酸，肉豆蔻酸，油酸，反式油酸的質(zhì)量比為1:1:1:1的混合物。用量為40?50g/L。幾種鐘鹽用六水硝酸鐘、六水氯化鐘、硝酸鈰銨的質(zhì)量比為1:1:1的混合物，濃度為15?25g/L。
[0018]進(jìn)一步的，步驟[2]電沉積過(guò)程中保持溫度在15?25°C，電沉積時(shí)間為15?30分鐘。電沉積過(guò)程中使用恒溫磁力攪拌器進(jìn)行恒溫處理。
[0019]本發(fā)明的積極效果:本發(fā)明中，由于鎂合金樣品打磨到了一定的光滑程度，加上磷酸鹽轉(zhuǎn)化處理的過(guò)程中運(yùn)用了磁場(chǎng)的輔助，形成了在微觀尺度具有粗糙特征及微觀裂紋分布均勻的磷酸鹽轉(zhuǎn)化基層。在用電沉積方法制備脂肪酸鹽超疏水膜的過(guò)程中，先在在微觀尺度具有粗糙特征及微觀裂紋分布均勻的磷酸鹽轉(zhuǎn)化基層上電沉積了一層氧化鈰的微米/納米復(fù)合多尺度結(jié)構(gòu)，然后脂肪酸對(duì)這種復(fù)合多尺度結(jié)構(gòu)進(jìn)行了降低表面能的修飾處理，從而在微觀尺度具有粗糙特征及微觀裂紋分布均勻的磷酸鹽轉(zhuǎn)化基層上形成了一層超疏水膜層。在氧化鈰成長(zhǎng)為復(fù)合多尺度結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，對(duì)該磷酸鹽轉(zhuǎn)化基層上的縫隙有一定程度的填充，而接下來(lái)的脂肪酸對(duì)表面進(jìn)行降低表面能修飾處理的過(guò)程中，進(jìn)一步填充了磷酸鹽轉(zhuǎn)化基層上的縫隙。如圖2所示，從電子顯微鏡下可以看出，最終得到的鎂合金磷酸鹽/脂肪酸鹽復(fù)合超疏水耐蝕膜表面縫隙已經(jīng)很少了。這些填充物提升了磷酸鹽轉(zhuǎn)化基層的質(zhì)量。最終形成的鎂合金磷酸鹽/脂肪酸鹽復(fù)合超疏水耐蝕膜，有著良好的超疏水性能，且在較低溫度及常溫下性質(zhì)穩(wěn)定。鎂合金磷酸鹽/脂肪酸鹽復(fù)合超疏水耐蝕膜通過(guò)在樣品表明形成氣膜從而有效的隔絕了水與樣品的接觸，使得樣品的抗腐蝕性能大大提高。復(fù)合膜的絕緣性很好，可以阻止多種離子的擴(kuò)散。外層的超疏水膜是第一道防線，可以有效的阻止水和樣品的接觸，并起到隔絕其他離子的作用。如果超疏水膜層被腐蝕或者磨損而不具備超疏水效果，內(nèi)層脂肪酸鹽填充磷酸鹽轉(zhuǎn)化基層而形成的復(fù)合膜也會(huì)起到很好的隔離效果，以雙層保險(xiǎn)的方式大大提高了鎂合金的防腐性能。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是AZ91D鎂合金磷酸鹽轉(zhuǎn)化基層表面的SEM照片。
[0021]圖2是AZ91D鎂合金磷酸鹽/脂肪酸鹽復(fù)合超疏水耐蝕膜表面的SEM照片。
[0022]圖3是AZ91D鎂合金磷酸鹽/脂肪酸鹽復(fù)合超疏水耐蝕膜截面的SEM照片。
[0023]圖4是AZ91D鎂合金磷酸鹽/脂肪酸鹽復(fù)合超疏水耐蝕膜表面的接觸角圖片。
[0024]圖5是AZ91D鎂合金磷酸鹽/脂肪酸鹽復(fù)合超疏水耐蝕膜表面水平狀態(tài)下均勻擺放水滴的效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)例進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。具體實(shí)施選用AZ91D鎂合金，A指的是Al，Z指的是Zn，它們的含量約為9%和1%。
[0026]實(shí)施例1
[0027]I) 1、在拋光機(jī)上將鎂合金試樣用400目到600目的耐水砂紙粗磨；2、將鎂合金試樣用2000目到2500目的耐水砂紙細(xì)磨；3、先后用丙酮和分析純的酒精對(duì)細(xì)磨好的鎂合金樣品超聲波清洗10分鐘，然后用涼風(fēng)吹干；4、最后在由磷酸鹽、錳鹽、磷酸、去離子水組成的溶液中進(jìn)行磷化處理。
[0028]2)進(jìn)行磷酸鹽轉(zhuǎn)化處理。轉(zhuǎn)化處理液中磷酸鹽的濃度為150g/L，錳鹽的濃度為40g/L的。所述磷酸鹽是質(zhì)量比I: I: I的K2HP04、Ca3 (PO4)2和Na ,04的混合物，所述錳鹽是ΚΜη04。轉(zhuǎn)化處理過(guò)程采用多功能恒溫磁力攪拌器保持恒溫并進(jìn)行攪拌，轉(zhuǎn)化處理液的PH值是4.5，溫度是45 °C，轉(zhuǎn)化處理時(shí)間是25分鐘。
[0029]經(jīng)過(guò)磷酸化處理的AZ91D鎂合金磷酸鹽轉(zhuǎn)化基層的表面場(chǎng)發(fā)射SEM實(shí)