一種鎂合金表面微弧氧化自組裝復合膜層及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于金屬材料表面腐蝕與防護領域，特別涉及一種鎂合金表面微弧氧化自 組裝復合膜層及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 鎂合金由于自身具有許多優良的特性，在有色金屬材料的開發和應用前途方面具 有重要的意義。然而，因為金屬鎂的活潑性強，在很大程度上限制了它的工業應用。因此， 改善鎂合金的腐蝕防護性能是推動其應用的關鍵所在。
[0003] 微弧氧化技術由于其獨特的優點成為鎂合金最有前景的表面處理技術之一。但 是，由于所形成的氧化膜是一種微孔結構，其自身的防護能力有限。因此，發展基于微弧氧 化的復合膜層技術，是提高鎂合金腐蝕防護性能的必然趨勢。自組裝技術是將金屬或金屬 氧化物浸入含活性分子的稀溶液中，通過化學鍵吸附在基片上形成具有高有序性和取向 性、高密度堆積、低缺陷及結構穩定的膜層。由于其耐蝕性良好、操作簡單、化學性質穩定 等，近年來已成為界面科學、材料科學等許多領域的研究熱點。在鎂合金微弧氧化膜上制備 自組裝膜，利用自組裝膜頭基和尾基的定向排列以及鍵合作用，不僅對底層的微弧氧化膜 起到了封孔作用，使所制備的復合膜層表面形貌均勻，而且能夠提高膜層的疏水性能。
[0004] 綜合以上分析，本申請提出研究具有良好結合力和腐蝕防護性能的微弧氧化自組 裝復合膜層的制備實用技術。提高鎂合金的耐腐蝕性能，解決限制鎂合金應用的防護瓶頸 問題。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是提供一種鎂合金表面微弧氧化自組裝復合膜層及其制備方法。
[0006] 本發明的鎂合金表面微弧氧化自組裝復合膜層包括依次附著于鎂合金表面的微 弧氧化膜和自組裝膜。制備該鎂合金表面微弧氧化自組裝復合膜層的具體步驟為： (1)將鎂合金依次用600#、800#、1000#耐水磨砂紙逐級打磨，水洗，然后在堿性除油 液中60~70°C下除油1~5分鐘，再分別經熱水和冷水洗，然后在無水乙醇中超聲波清洗5~15 分鐘，再在去離子水中超聲波清洗5~15分鐘，冷風吹干備用；所述堿性除油液配方為：磷酸 鈉 10~30g/L，氫氧化鈉 10~30g/L，碳酸鈉 30~50g/L。
[0007] (2)將經步驟（1)處理后的鎂合金放入微弧氧化電解液中作為陽極進行微弧氧 化處理，陰極為不銹鋼，采用脈沖微弧氧化方式，設置處理參數為：終止電壓160~200伏特， 氧化時間10~20分鐘，脈沖頻率50~200赫茲，占空比30~70% ;所述微弧氧化電解液配方為： 娃酸鈉5~10g/L，氟化鈉5~10g/L，氫氧化鈉5~15g/L。
[0008] (3)將經步驟（2)微弧氧化處理后的鎂合金放入蒸餾水中進行超聲波清洗5~10 分鐘，烘干后放入配置好的自組裝溶液中，于30~60°C恒溫浸泡10~240分鐘，再于80°C進行 固化1小時，即制得鎂合金表面微弧氧化自組裝復合膜層；所述自組裝溶液的配制方法為： 將甲醇、雙-[3-(三乙氧基）硅丙基]四硫化物和蒸餾水按體積比為10:1:1進行混合，再 使用乙酸調解pH為3~4,于40~60°C下攪拌3~5小時，之后靜置1~5小時，即制得自組裝溶 液。
[0009] 所述磷酸鈉、碳酸鈉、氫氧化鈉、硅酸鈉、氟化鈉、甲醇、雙-[3_(三乙氧基）硅丙 基]四硫化物、乙酸和無水乙醇均為化學純及以上純度。
[0010] 本發明的方法操作簡單，所制備的復合膜層與基體結合牢固，具有低腐蝕電流密 度，膜層表面均勻平整，而且具有一定的疏水性，能夠較好的提高鎂合金的耐蝕性。
【附圖說明】
[0011] 圖1為本發明實施例制備的鎂合金表面微弧氧化自組裝復合膜層的SEM圖。
【具體實施方式】
[0012] 實施例： (1)將AZ91鎂合金依次用600#、800#、1000#耐水磨砂紙逐級打磨，水洗，然后在堿性 除油液中60°C下除油1分鐘，再用熱水和冷水分別清洗試樣表面，然后在無水乙醇中超聲 波清洗5分鐘，再在去離子水中超聲波清洗5分鐘，冷風吹干備用；所述堿性除油液配方為： 磷酸鈉20g/L，氫氧化鈉20g/L，碳酸鈉40g/L。
[0013] (2)將經步驟（1)處理后的AZ91鎂合金放入微弧氧化電解液中作為陽極進行微 弧氧化處理，陰極為不銹鋼，采用脈沖微弧氧化方式，設置處理參數為：終止電壓180伏特， 氧化時間10分鐘，脈沖頻率50赫茲，占空比30% ;所述微弧氧化電解液配方為：硅酸鈉5g/ L,氟化鈉8g/L，氫氧化鈉10g/L。
[0014] (3)將經步驟（2)微弧氧化處理后的AZ91鎂合金放入蒸餾水中進行超聲波清洗 5分鐘，烘干后放入配置好的自組裝溶液中，于50°C恒溫浸泡40分鐘，再于80°C進行固化 1小時，即制得鎂合金表面微弧氧化自組裝復合膜層；所述自組裝溶液的配制方法為：將甲 醇、雙-[3_(三乙氧基）硅丙基]四硫化物和蒸餾水按10:1:1的體積比進行混合，再使用 乙酸調解PH為3. 5,于50°C下攪拌4小時，之后靜置2小時，即制得自組裝溶液。
[0015] 所述磷酸鈉、碳酸鈉、氫氧化鈉、硅酸鈉、氟化鈉、甲醇、雙-[3-(三乙氧基）硅丙 基]四硫化物、乙酸和無水乙醇均為化學純。
[0016] 本實施例制得的鎂合金表面微弧氧化自組裝復合膜層通過SEM表征表明，底層微 弧氧化膜的微孔已基本被完全封閉，整個涂層均勻平整，沒有明顯缺陷。
[0017] 交流阻抗也是腐蝕科學中常用的電化學手段之一。對本實施例制得的鎂合金表面 微弧氧化自組裝復合膜層樣品進行電化學耐腐蝕性能測試，采用三電極體系，具有復合膜 層的鎂合金樣品為工作電極，鉬電極為輔助電極，飽和甘汞電極（SCE)為參比電極，質量 百分比濃度為3. 5%的NaCl溶液為腐蝕介質。鎂合金在腐蝕介質中暴露的有效面積均為1 cm2。對其進行交流阻抗測試得到結果如表1。
[0018] 表1不同樣品在3. 5%(w)NaCl水溶液中的阻抗值
【主權項】
1. 一種鎂合金表面微弧氧化自組裝復合膜層，其特征在于：該鎂合金表面微弧氧化自 組裝復合膜層包括依次附著于鎂合金表面的微弧氧化膜和自組裝膜。
2. -種如權利要求1所述的鎂合金表面微弧氧化自組裝復合膜層的制備方法，其特征 在于具體步驟為： (1) 將鎂合金依次用600#、800#、1000#耐水磨砂紙逐級打磨，水洗，然后在堿性除油 液中60~70°C下除油1~5分鐘，再分別經熱水和冷水洗，然后在無水乙醇中超聲波清洗5~15 分鐘，再在去離子水中超聲波清洗5~15分鐘，冷風吹干備用；所述堿性除油液配方為：磷酸 鈉 10~30g/L，氫氧化鈉 10~30g/L，碳酸鈉 30~50g/L ; (2) 將經步驟（1)處理后的鎂合金放入微弧氧化電解液中作為陽極進行微弧氧化處 理，陰極為不銹鋼，采用脈沖微弧氧化方式，設置處理參數為：終止電壓160~200伏特，氧化 時間10~20分鐘，脈沖頻率50~200赫茲，占空比30~70% ;所述微弧氧化電解液配方為：娃酸 鈉5~10g/L，氟化鈉5~10g/L，氫氧化鈉5~15g/L ; (3) 將經步驟（2)微弧氧化處理后的鎂合金放入蒸餾水中進行超聲波清洗5~10分鐘， 烘干后放入配置好的自組裝溶液中，于30~60°C恒溫浸泡10~240分鐘，再于80°C進行固化 1小時，即制得鎂合金表面微弧氧化自組裝復合膜層；所述自組裝溶液的配制方法為：將甲 醇、雙-[3_(三乙氧基）硅丙基]四硫化物和蒸餾水按體積比為10:1:1進行混合，再使用 乙酸調解pH為3~4,于40~60°C下攪拌3~5小時，之后靜置1~5小時，即制得自組裝溶液； 所述磷酸鈉、碳酸鈉、氫氧化鈉、硅酸鈉、氟化鈉、甲醇、雙-[3-(三乙氧基）硅丙基]四 硫化物、乙酸和無水乙醇均為化學純及以上純度。
【專利摘要】本發明公開了一種鎂合金表面微弧氧化自組裝復合膜層及其制備方法。該鎂合金表面微弧氧化自組裝復合膜層由微弧氧化膜和自組裝膜構成。首先，對鎂合金基體進行打磨、水洗、除油等預處理，然后，配置微弧氧化液，對預處理后的鎂合金進行微弧氧化形成微弧氧化膜，最后將其浸入所配置的自組裝溶液中進行浸漬處理形成自組裝膜，取出烘干后得到鎂合金防腐蝕復合膜層。本發明的復合膜層表面均勻平整，結合力好，具有一定的疏水性能，能夠較好的提高鎂合金的耐蝕性，制備工藝簡單。
【IPC分類】C25D11-30
【公開號】CN104611751
【申請號】CN201510085877
【發明人】尚偉, 王旭峰, 溫玉清, 劉金璐
【申請人】桂林理工大學
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年2月21日