一種鎂合金表面超疏水耐蝕膜層的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發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 領域。
【背景技術】
[0002] 鎂合金是工業應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 的比強度和比剛度，優良的阻尼減震與電磁屏蔽性能，良好的散熱性、導電性，加工成型方 便、易于循環利用及儲量豐富等優點。因此，在汽車、電子、生物醫學、國防以及航天航空等 領域的應用日益增多，被譽為21世紀綠色工程金屬結構材料。然而，鎂合金同時也存在著耐 蝕性差、耐磨性差、易燃、室溫塑性變形困難等缺點，特別是耐蝕性差的缺點很大程度上制 約了鎂合金性能優勢的發揮和推廣應用。
[0003] 鎂合金防腐性能的提高主要從兩個方面著手，一方面是在鎂合金鑄造過程中調整 其內部成分及組織結構，如降低雜質含量，添加合金元素，改變表面組織結構。另一方面是 對鎂合金進行表面改性，在鎂合金表面構筑有效的保護膜，抑制和緩解鎂合金材料的腐蝕， 以改善鎂合金耐蝕性能。相比較于成分或結構調控，進行表面處理能夠在保持鎂合金原有 優良特性的同時更有效地提高其耐蝕性能，是較有效而簡便的方法。目前，主要常見的鎂合 金材料表面處理方法有化學氧化法、陽極氧化法、離子注入技術，激光表面改性技術、物理 氣相沉積技術、金屬涂層、有機物涂層等。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，在自然界動植物表面超疏水現象的啟發下，越來越多的科研工 作者致力于鎂合金表面超疏水膜層的制備與研究。金屬發生腐蝕時，大部分情況都是因為 其表面存在水或者電解質溶液。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、化學 蝕刻、微弧氧化、化學轉化等，但現階段用于表面修飾的含氟硅烷的物質價格昂貴，而且有 的方法對實驗設備要求很高。
【發明內容】
[0005] 本發明旨在提供一種鎂合金表面超疏水耐蝕膜層的制備方法，該方法所用設備簡 單、原料成本低、處理過程易于實現，且可在不修飾低表面能物質的條件下一步制備出超疏 水耐蝕膜層。
[0006] 本發明采用水熱法制備超疏水耐蝕膜層，通過調節pH值、加入十二烷基硫酸鈉、改 變水熱反應溫度及保溫時間等條件調控膜層結構，進而改進其疏水性，提高鎂合金耐腐蝕 性能。
[0007] 本發明提供的一種鎂合金表面超疏水耐蝕膜層的制備方法，在得到新鮮無氧化、 無油脂的裸露鎂合金基底后用醋酸進行酸洗，然后進行水熱處理，最后進行干燥處理，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，然后將其依次放在去離子水和無水乙醇中分別超聲清洗5~15min，以達到脫脂去 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 反應釜中，水熱反應的溫度為160°C，反應時間為4~6h;經水熱反應制備超疏水膜層； 所述水熱反應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 反應釜總體積的40%-70%。設置水熱反應釜中溶液的填充度，是因為溶液的多少影響反應時 候內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進行干燥處理。
[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)調節溶液pH值，使溶液的pH值達到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，干燥時間為2~ 5min〇
[0013] 本發明的有益效果： (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 屬間化合物和雜質元素； (2) 該水熱法制備的膜層所用的反應溶液對環境的污染小，該氫氧化鎂膜層生物安全 性高，可以應用于生物領域； (3 )本發明制備的膜層為微米級的球狀結構和納米級的片狀結構組成； (4)本發明制備的膜層具有很好的耐蝕性能，同時疏水性能良好。
【附圖說明】
[0014] 圖1為實施例1、2水熱處理后鎂合金試樣的掃描電鏡圖，a、b分別對應實施例1、2中 的試樣A、試樣B微觀形貌圖。
[0015] 圖2為實施例1所得產物膜層表面的X射線衍射譜。
[0016]圖3為實施例1、2水熱處理后鎂合金試樣的靜態水接觸角測試圖。a、b分別對應實 施例1、2中的試樣A、試樣B的靜態水接觸角測試圖。
[0017] 圖4為實施例2耐蝕超疏水鎂合金滾動角測試圖。
[0018] 圖5為實施例1、2及裸鎂合金的動電位極化曲線對比圖，a為鎂合金基體的動電位 極化曲線，b、c分別對應實施例1、2中的試樣A、試樣B的動電位極化曲線。
【具體實施方式】
[0019] 下面通過實施例來進一步說明本發明，但不局限于以下實施例。
[0020] 實施例1: 包括以下步驟： (1)本實例中，選用Mg-Al-Zn系鎂合金AZ31片狀（〇14mmXh3mm)作為實驗樣品。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，然后將其 放在去離子水中用超聲清洗lOmin，隨后將其放入無水乙醇中進行超聲清洗lOmin以達到脫 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溶液調節使其pH值 為12;在填充度為60%的反應爸中進行水熱處理，加熱溫度為160°C保溫時間為4h