一种在镁合金表面制备超疏水复合膜层的方法技术

本发明专利技术属于金属材料表面改性技术领域，公开了一种在镁合金表面制备超疏水复合膜层的方法。所述制备方法为：将镁合金进行表面预处理后，在含镍镀液中进行化学镀，然后在含硝酸铈和硬脂酸的无水电沉积溶液中进行电沉积反应，得到一种具有超疏水复合膜层的镁合金。本发明专利技术将化学镀和无水电沉积相结合，采用相对廉价的环保原料在镁合金上制备平整、均匀的超疏水表面，有效提高镁合金耐腐蚀性能且具有自清洁特性；本发明专利技术所述方法工艺简单、原料成本低，可在镁合金上大面积制备耐腐蚀超疏水表面，适用于大规模工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属材料表面改性
，具体涉及一种在镁合金表面制备超疏水 复合膜层的方法。
技术介绍
镁合金具有密度小、比刚度和比强度高、良好的阻尼性、优异的减震性、良好的成 型加工工艺性并可回收利用等特点被人们称之为"21世纪绿色工程材料"。随着当今能源 和环境问题的日益突出，节能与环保成为当今科技发展的主要趋势，镁合金作为最轻的金 属结构材料，在航空、航天、汽车、3C产业等领域具有广阔的应用前景。 但是镁的标准电位低，镁合金合金化学性质活泼，与常用的金属结构材料如铝合 金和钢铁等相比，在潮湿的空气、含硫气氛和海洋大气中极易发生腐蚀，这极大地限制了镁 合金的广泛应用。因此，腐蚀问题被认为是目前发展镁合金的首要和核心问题，有效解决镁 合金腐蚀问题能进一步扩大镁合金的应用。要使镁合金的性能优势得到充分的发挥，通过 表面改性技术来提高其耐腐蚀性能被认为是最有效的途径之一。 近年来，超疏水表面由于具有抗水、防雾、自清洁、抗污染等特性，引起了许多国内 外研究者的关注。通过在镁合金上制备具有超疏水特性的功能表面可以改善镁合金的表面 特性，一方面可以降低镁合金与水、溶液等介质直接接触的机会，防止镁合金由于氧、水及 电子转移引起的电化学反应，抑制镁合金工件在潮湿的空气、含硫气氛和海洋大气中的化 学腐蚀，拓宽其应用领域；另一方面则可以使镁合金工件表面具有防污、防水、自清洁、减小 水阻力、减小摩擦等功能特性，具有重要的实际应用价值。目前国内外已有关于在镁合金表面制备超疏水膜层的报道，但是在这些制备工艺 中，大多采用的设备比较昂贵，工艺比较复杂耗时，不易于大规模生产；且使用价格高昂的 含氟硅烷作为降低表面能的修饰物质，这对环境以及人体都有害。例如中国专利技术专利CN 101469425A提出利用微弧氧化工艺在镁合金表面构筑粗糙的微/纳多孔结构，然后浸入丙 烯酸溶液进行化学腐蚀处理，最后在其表面旋涂乙烯基聚二甲基硅氧烷进行疏水化处理， 干燥后即得镁合金超疏水表面。由于其在微弧氧化后需经过丙烯酸的化学刻蚀，工艺过程 较为复杂，微弧氧化过程中的火花放电现象大多产生裂缝而难以具有高耐蚀功能，使用寿 命受到了限制；另外旋涂工艺需要特殊的设备，实际应用价值不高。Jiang等利用化学刻蚀 和表面自组装氟化的方法在镁锂合金表面制备了超疏水薄膜（LiuK.S.，ZhangM.L.，Zhai J. ,WangJ. ,JiangL. ,BioinspiredconstructionofMg-Lialloyssurfaceswith stablesuperhydrophobicityandimprovedcorrosionresistance.AppliedPhysics Letters，2008, 92 (18)，183103.)。然而该制备方法中表面氟化需要在l.Owt. %十七氟癸 基三甲氧基硅烷的酒精溶液中浸泡12h，再在烘箱中100°C下干燥2h;此工艺周期较长，效 率较低，难以大规模的工业生产。佘祖新等用多种方法在压铸型AZ91D镁合金表面制备了 超疏水膜层：如用化学镀镍+电沉积铜、Cu-Zn镀层+电化学阳极制备氧化铜膜层+化学修 饰获得超疏水膜层，化学镀镍+电沉积镍+化学修饰获得超疏水膜层，化学镀镍+电沉积 Ni-Co合金镀层+化学修饰获得超疏水膜层（佘祖新，超疏水表面在镁合金上的制备及其 性能应用研究，2014,西南大学.第97页）。然而这些制备方法都需要在化学镀镍后电沉 积金属层，再进行化学修饰，工艺过程相对复杂，而且电解液对环境有严重污染。因而利用 简单有效且较环保的方法制备性能优良并能大规模生产和有效应用到实际生活中的超疏 水表面，是本专利技术旨在解决的问题。
技术实现思路
为了解决以上现有技术的缺点和不足之处，本专利技术的首要目的在于提供一种在镁 合金表面制备超疏水复合膜层的方法。 本专利技术的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的具有超疏水复合膜层 的镁合金。 本专利技术目的通过以下技术方案实现： -种在镁合金表面制备超疏水复合膜层的方法，具体制备步骤如下：将镁合金进 行表面预处理后，在含镍镀液中进行化学镀，然后在含硝酸铈和硬脂酸的无水电沉积溶液 中进行电沉积反应，得到一种具有超疏水复合膜层的镁合金。 优选地，所述的含镍镀液为pH= 5. 8~6. 2含以下成分的水溶液：主盐，硫酸镍 20~25g/L;还原剂，次亚磷酸钠20~25g/L;络合剂，柠檬酸5~10g/L;缓冲剂，乙酸钠 l〇g/L;氨水40mL/L;促进剂，氟化氢铵8~10g/L;缓蚀剂，氢氟酸10~12mL/L;稳定剂，硫 脲lmg/L;所述化学镀的反应温度为80~85°C，反应时间为40~60min。 优选地，所述含硝酸铈和硬脂酸的无水电沉积溶液为含硝酸铈为10. 8~21. 7g/L 及硬脂酸为14. 2~28. 4g/L的乙醇溶液；所述电沉积反应的条件为：电沉积电压10~40V， 反应温度25°C，电沉积反应时间为1~30min。 所述表面预处理采用常规的金属表面预处理方法，作用是提高镁合金表面质量和 结合力，优选的表面预处理包括以下工艺：打磨、清洗、除油、酸洗及活化。 优选地，所述打磨为机械打磨；更优选的，所述打磨为使用目数由小到大的砂纸依 次打磨镁合金表面，其作用是为了去除镁合金表面氧化物、毛刺和污垢等。 优选地，所述清洗为超声清洗；更优选的，所述清洗为将镁合金于室温下在丙酮中 超声清洗，清洗时间为l〇min。 优选的，所述除油为将镁合金在碱洗液中浸泡后取出；更优选的，所述除油的具体 工艺为：在50~60°C的碱洗液中浸泡10~15min后取出，所述碱洗液为含40~50g/L氢 氧化钠及10~15g/L磷酸钠的水溶液。 优选的，所述酸洗为将镁合金在酸洗液中浸泡后取出；更优选的，所述酸洗的具体 工艺为：在室温下，将镁合金在酸洗液中浸泡10~15s后取出，所述酸洗液为含200mL/L的 磷酸及lg/L的氟化钾的水溶液。 优选的，所述活化为化学浸蚀活化；更优选的，所述活化的具体工艺为：在室温 下，将镁合金在活化液中浸泡l〇min后取出，所述活化液为含350mL/L的体积分数为40 %的 氢氟酸水溶液。 上述具有超疏水复合膜层的镁合金的制备方法中，进一步优选方案为：将经化学 镀镍和无水电沉积的镁合金用去离子水和乙醇依次反复冲洗2-5次以去除表面杂质，干燥 后即可得到具有超疏水复合膜层的镁合金。 -种具有超疏水复合膜层的镁合金，通过以上方法制备得到。 本专利技术的制备方法及所得到的产物具有如下优点及有益效果： (1)本专利技术把化学镀和无水电沉积相结合，采用相对廉价和环保原料在镁合金上 制备平整、均匀的超疏水复合膜层，利用超疏水表面具有的疏水特性使得镁合金与外界腐 蚀溶液进行物理隔离，进而抑制腐蚀反应的发生以达到降低腐蚀速率的目的，有效提高镁 合金耐腐蚀性能； (2)本专利技术工艺简单、原料成本低，可大面积制备超疏水表面，适用于大规模工业 化生产。【附图说明】 图1为实施例1所制备的具有超疏水复合膜层的镁合金样品的扫描电镜图； 图2为实施例1所制备的具有超疏水复合膜层的镁合金样品的静态接触角测试 图； 图3为实施例1所制备的具有超疏水复合膜层的镁合金样品本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在镁合金表面制备超疏水复合膜层的方法，其特征在于，具体制备步骤如下：将镁合金进行表面预处理后，在含镍镀液中进行化学镀，然后在含硝酸铈和硬脂酸的无水电沉积溶液中进行电沉积反应，得到一种具有超疏水复合膜层的镁合金。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：康志新，张俊逸，赵婷婷，李伟，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44