一種鎂合金表面超疏水耐蝕膜層的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鎂合金表面超疏水耐蝕膜層的制備方法，屬于金屬材料表面改性 領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 鎂合金是工業(yè)應(yīng)用中最輕的金屬工程材料，其密度僅為鋁的2/3、鐵的1/4,具有高 的比強(qiáng)度和比剛度，優(yōu)良的阻尼減震與電磁屏蔽性能，良好的散熱性、導(dǎo)電性，加工成型方 便、易于循環(huán)利用及儲(chǔ)量豐富等優(yōu)點(diǎn)。因此，在汽車、電子、生物醫(yī)學(xué)、國(guó)防以及航天航空等 領(lǐng)域的應(yīng)用日益增多，被譽(yù)為21世紀(jì)綠色工程金屬結(jié)構(gòu)材料。然而，鎂合金同時(shí)也存在著耐 蝕性差、耐磨性差、易燃、室溫塑性變形困難等缺點(diǎn)，特別是耐蝕性差的缺點(diǎn)很大程度上制 約了鎂合金性能優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮和推廣應(yīng)用。
[0003] 鎂合金防腐性能的提高主要從兩個(gè)方面著手，一方面是在鎂合金鑄造過(guò)程中調(diào)整 其內(nèi)部成分及組織結(jié)構(gòu)，如降低雜質(zhì)含量，添加合金元素，改變表面組織結(jié)構(gòu)。另一方面是 對(duì)鎂合金進(jìn)行表面改性，在鎂合金表面構(gòu)筑有效的保護(hù)膜，抑制和緩解鎂合金材料的腐蝕， 以改善鎂合金耐蝕性能。相比較于成分或結(jié)構(gòu)調(diào)控，進(jìn)行表面處理能夠在保持鎂合金原有 優(yōu)良特性的同時(shí)更有效地提高其耐蝕性能，是較有效而簡(jiǎn)便的方法。目前，主要常見(jiàn)的鎂合 金材料表面處理方法有化學(xué)氧化法、陽(yáng)極氧化法、離子注入技術(shù)，激光表面改性技術(shù)、物理 氣相沉積技術(shù)、金屬涂層、有機(jī)物涂層等。這些方法可以改善鎂合金的耐蝕性，但是都存在 不同程度的不足。近些年來(lái)，在自然界動(dòng)植物表面超疏水現(xiàn)象的啟發(fā)下，越來(lái)越多的科研工 作者致力于鎂合金表面超疏水膜層的制備與研究。金屬發(fā)生腐蝕時(shí)，大部分情況都是因?yàn)?其表面存在水或者電解質(zhì)溶液。在鎂合金的表面制備超疏水膜層，一方面能夠有效地降低 電解質(zhì)溶液與基體材料直接接觸從而減低金屬腐蝕速率;另一方面能夠使鎂合金表面具有 自清潔的能力，有很好的實(shí)用前景。
[0004] 雖然目前有一些在鎂合金表面制備耐蝕超疏水膜層的方法，如等離子技術(shù)、化學(xué) 蝕刻、微弧氧化、化學(xué)轉(zhuǎn)化等，但現(xiàn)階段用于表面修飾的含氟硅烷的物質(zhì)價(jià)格昂貴，而且有 的方法對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備要求很高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明旨在提供一種鎂合金表面超疏水耐蝕膜層的制備方法，該方法所用設(shè)備簡(jiǎn) 單、原料成本低、處理過(guò)程易于實(shí)現(xiàn)，且可在不修飾低表面能物質(zhì)的條件下一步制備出超疏 水耐蝕膜層。
[0006] 本發(fā)明采用水熱法制備超疏水耐蝕膜層，通過(guò)調(diào)節(jié)pH值、加入十二烷基硫酸鈉、改 變水熱反應(yīng)溫度及保溫時(shí)間等條件調(diào)控膜層結(jié)構(gòu)，進(jìn)而改進(jìn)其疏水性，提高鎂合金耐腐蝕 性能。
[0007] 本發(fā)明提供的一種鎂合金表面超疏水耐蝕膜層的制備方法，在得到新鮮無(wú)氧化、 無(wú)油脂的裸露鎂合金基底后用醋酸進(jìn)行酸洗，然后進(jìn)行水熱處理，最后進(jìn)行干燥處理，具體 步驟如下： 1) 將鎂合金塊用320目、600目、1200目的碳化硅砂紙依次打磨以除去表層的氧化物和 其它雜質(zhì)，然后將其依次放在去離子水和無(wú)水乙醇中分別超聲清洗5~15min，以達(dá)到脫脂去 污的效果； 2) 將步驟1)處理得到的鎂合金試樣的醋酸溶液中清洗，然后用無(wú)水乙醇清洗并干燥； 3) 將步驟2)處理得到的鎂合金試樣放入含十二烷基硫酸鈉和NaOH混合水溶液的水熱 反應(yīng)釜中，水熱反應(yīng)的溫度為160°C，反應(yīng)時(shí)間為4~6h;經(jīng)水熱反應(yīng)制備超疏水膜層； 所述水熱反應(yīng)釜中溶液的填充度為40%-70%，是占總體積的百分比，即溶液的量占水熱 反應(yīng)釜總體積的40%-70%。設(shè)置水熱反應(yīng)釜中溶液的填充度，是因?yàn)槿芤旱亩嗌儆绊懛磻?yīng)時(shí) 候內(nèi)部的壓力從而影響制備的效果。
[0008] 4)將步驟3)處理得到的鎂合金試樣放入干燥箱內(nèi)進(jìn)行干燥處理。
[0009] 上述方案中，所述步驟1)中鎂合金為Mg-Mn系、Mg-Al-Zn系、Mg-Zn-Zr系或Mg-RE-Zr系的合金系的鎂合金;其中RE表示稀土。所述鎂合金塊形狀及大小要求低，棒材、板材、各 種復(fù)雜形狀的塊材等均可。
[0010] 上述方案中，所述步驟2)中醋酸溶液的濃度為40~100g/L，酸洗時(shí)間為5~lOmin。 [0011 ] 上述方案中，所述步驟3)中十二烷基硫酸鈉(C12H25-0S03Na)溶液的濃度為2 X 10-3 ~6 X 10-3mol/L;加入Na0H(2-4 mol/L)調(diào)節(jié)溶液pH值，使溶液的pH值達(dá)到10~12。
[0012] 上述方案中，所述步驟(4)中，鎂合金試樣的干燥溫度為40~100°C，干燥時(shí)間為2~ 5min〇
[0013] 本發(fā)明的有益效果： (1) 采用醋酸酸洗鎂合金，可以去除鎂合金表面不利于其耐蝕性提高的合金化元素、金 屬間化合物和雜質(zhì)元素； (2) 該水熱法制備的膜層所用的反應(yīng)溶液對(duì)環(huán)境的污染小，該氫氧化鎂膜層生物安全 性高，可以應(yīng)用于生物領(lǐng)域； (3 )本發(fā)明制備的膜層為微米級(jí)的球狀結(jié)構(gòu)和納米級(jí)的片狀結(jié)構(gòu)組成； (4)本發(fā)明制備的膜層具有很好的耐蝕性能，同時(shí)疏水性能良好。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1為實(shí)施例1、2水熱處理后鎂合金試樣的掃描電鏡圖，a、b分別對(duì)應(yīng)實(shí)施例1、2中 的試樣A、試樣B微觀形貌圖。
[0015] 圖2為實(shí)施例1所得產(chǎn)物膜層表面的X射線衍射譜。
[0016]圖3為實(shí)施例1、2水熱處理后鎂合金試樣的靜態(tài)水接觸角測(cè)試圖。a、b分別對(duì)應(yīng)實(shí) 施例1、2中的試樣A、試樣B的靜態(tài)水接觸角測(cè)試圖。
[0017] 圖4為實(shí)施例2耐蝕超疏水鎂合金滾動(dòng)角測(cè)試圖。
[0018] 圖5為實(shí)施例1、2及裸鎂合金的動(dòng)電位極化曲線對(duì)比圖，a為鎂合金基體的動(dòng)電位 極化曲線，b、c分別對(duì)應(yīng)實(shí)施例1、2中的試樣A、試樣B的動(dòng)電位極化曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面通過(guò)實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但不局限于以下實(shí)施例。
[0020] 實(shí)施例1: 包括以下步驟： (1)本實(shí)例中，選用Mg-Al-Zn系鎂合金AZ31片狀（〇14mmXh3mm)作為實(shí)驗(yàn)樣品。分別 用320目、600目、1200目的碳化硅砂紙依次打磨以除去表層的氧化物和其它雜質(zhì)，然后將其 放在去離子水中用超聲清洗lOmin，隨后將其放入無(wú)水乙醇中進(jìn)行超聲清洗lOmin以達(dá)到脫 脂去污的效果； (2 )將試樣在80g/L的醋酸溶液中酸洗5min，然后用無(wú)水乙醇清洗并干燥； (3) 配制2X10-3mol/L的十二烷基硫酸鈉溶液，并用4mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)使其pH值 為12;在填充度為60%的反應(yīng)爸中進(jìn)行水熱處理，加熱溫度為160°C保溫時(shí)間為4h