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一种镁合金表面双羟基金属氧化物封闭膜层的制备方法技术

技术编号:13967502 阅读:158 留言:0更新日期:2016-11-09 22:28
本发明专利技术涉及一种镁合金表面双羟基金属氧化物(LDH)封闭膜层的制备方法,该方法直接以阳极氧化镁为镁源,通过原位生长液在阳极氧化后的镁合金表面原位生长一层LDH膜层,其不仅可以对镁合金阳极氧化膜表面的孔洞进行有效封闭,避免侵蚀性介质与镁合金基体直接接触,更增加了防护层的厚度,明显提高了防护层的耐蚀性。本发明专利技术所述方法采用的试剂为无机盐类试剂,对环境友好,所述试剂为市售产品,因此成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属表面防护处理
,是一种表面处理方法,特别涉及一种镁合金表面双羟基金属氧化物(LDH)膜层的制备方法。
技术介绍
镁合金密度较低,其合金比强度及比刚度高,具有良好的减震性、导电导热性、阻尼性等,被称为“21世纪的绿色工程材料”。近几年,由于汽车自动化、航空航天、手机、计算机行业等方面的应用需求,镁合金引起了广泛的关注。但是,镁合金具有很高的化学和电化学活性,很容易受到腐蚀,限制了镁合金的广泛应用。现阶段,提高镁合金耐蚀性的主要手段有两类:一类是通过提高镁合金产品自身的耐蚀性,如减少合金中有害杂质,提高合金纯度,采用快速凝固的方法等;另一类是目前最有成效的表面处理技术,其中阳极氧化技术研究比较成熟应用范围广泛。但是镁合金阳极氧化膜可以实现基体和腐蚀介质的有效阻隔,是以其疏松多孔的阳极氧化膜完全被封闭为前提的。封闭处理对于提高阳极氧化膜对镁合金防护作用是非常重要的步骤。层状双羟基复合金属氧化物是一种二维层状纳米材料,其化学通式为:[M2+1‐xM3+(OH)2]x+(An‐)x/n·yH2O,其中M2+和M3+分别为+2价和+3价金属阳离子,占据类水滑石层板中的八面体孔洞而阴离子An‐作为插层阴离子进行阴离子补偿。有学者将通过共沉积的方法直接在镁合金基体表面生长出LDH膜层,并以此作为一种防护膜。目前,关于LDH膜层在镁金属方面的应用研究热点主要集中于镁基体表面,通常采用二价和三价两种金属阳离子盐混合溶液作为反应溶液A,使用碱性溶液B调节溶液A的pH值至两种金属氢氧化物的共沉淀范围,控制反应温度,将镁或镁合金金属基体置于反应溶液中,使金属表面原位生长出LDH膜层。如Zeng等人采用了Zn(NO3)2和Al(NO3)3作为反应溶液A,采用Na2CO3和NaOH作为调节溶液B,控制pH值和反应温度,在AZ31镁合金表面制备出Zn-Al LDH膜层,膜层与镁基体的结合力良好。Liang等人也采用类似的方法在AZ91镁合金表面制备出了Zn-Al LDH膜层,通过电化学测试结果发现,Zn-Al LDH膜层赋予了镁合金更好的耐蚀性能。但是这些方法均采用了两种金属阳离子溶液,反应过程繁琐,不易控制,并且只针对镁合金基体,LDH膜层在镁合金氧化膜表面的原位生长封闭技术研究不够深入。本专利技术设计的新颖方法是在一种三价金属阳离子溶液中,直接以阳极氧化镁为镁源进行LDH膜层的生长,简化镁合金LDH膜层的制备过程,同时能够对镁合金阳极氧化膜本身的多孔层进行有效封闭,提高膜层的耐蚀性,属于一种新型的镁合金阳极氧化膜封闭方法。目前也有方法采用两种金属阳离子(M2+和M3+)混合盐溶液制备LDH,该方法与本专利技术相比较,首先其步骤繁琐,因为该方法需要制备LDH粉末,然后采用一定的工艺才能在基体上获得LDH薄膜,同时,该方法制备的膜层与基体之间的结合力较本专利技术的差。
技术实现思路
针对上述镁合金阳极氧化膜表面多孔洞裂纹以及LDH膜层的制备工艺复杂,研究不够深入等问题,本专利技术在安全环保条件下直接以阳极氧化镁为镁源的方法制备出的具有有效封闭阳极氧化膜孔洞的Mg‐Al LDH防护膜,其不仅可以对镁合金阳极氧化膜表面的孔洞进行有效封闭,避免侵蚀性介质与镁合金基体直接接触,使镁合金表面覆盖的LDH膜,能够对镁合金阳极氧化膜的多孔层进行有效的封闭,有效提高膜层的耐蚀性,具有操作方便,工艺简单,环境友好的特点。本专利技术的技术方案是:镁合金表面双羟基金属氧化物封闭膜层的制备方法,有以下步骤:1)配制原位生长液取硝酸铝0.05M和硝酸铵0.3M溶液,配制成浓度为0.017M~0.05M、pH值为9~12.3的原位生长液,采用稀氨水调节Ph值;2)原位生长取待进行表面处理的镁合金,超声波清洗后,放进步骤1)所述的原位生长液中,高压下,于100~150℃恒温加热1h~12小时;3)干燥取出处理后的镁合金,超声清洗后,再用去离子水冲洗,干燥,得到表面具有LDH自修复功能耐蚀膜层的镁合金。步骤1)所述的原位生长液的溶液调节温度为室温(10~30℃)。步骤2)所述的超声波清洗在无水乙醇条件下进行。步骤2)所述的超声波清洗时间为5‐6分钟。由于本专利技术是通过原位生长的方法,即先将镁合金阳极氧化得到氧化镁膜,再直接利阳极氧化镁作为镁源在镁合金表面原位生长LDH膜,LDH膜是在阳极氧化膜上原位生长,因此,有效封闭了镁合金阳极氧化膜的疏松孔洞。该耐蚀膜(LDH膜)致密,同时由于是在阳极氧化膜的基础上多了一层致密的LDH膜,提高了防护膜层厚度。本专利技术所述膜层由于是原位生长,可以得到致密均匀且尺寸可控的LDH膜层。本专利技术所述方法除了能够在阳极氧化膜表面多加一层防护膜层,更能够对镁合金阳极氧化膜本身的多孔层进行有效的封闭,同时由于是原位生长,膜层与基体之间的结合力较其他表面处理方法牢固,所述制备方法采用原位生长,其制备方法简单易行。另外,本专利技术所述方法采用的试剂为无机盐类试剂,对环境友好,是一种绿色、安全的镁合金LDH封闭膜层的制备工艺。PH值是关乎薄膜生长情况的最重要因数。本专利技术通过滴加稀氨水创造一个碱性的环境,这是因为在酸性条件下LDH薄膜会与酸发生反应,致使薄膜脱落,从而抑制了LDH的生成。同时,温度和时间是影响薄膜另外两个重要因数。考虑到工业应用的推广和LDH的生长条件,本专利技术采用的温度和时间是100~150℃恒温加热1h~12小时,使得整个反应体系在相较不高的温度与相较短的时间相配合,以生长出均匀且致密的LDH薄膜来覆盖基体。本专利技术所述方法,在阳极氧化之后镁合金表面以阳极氧化镁为镁源原位生长一层LDH膜层,不仅可以对阳极氧化镁膜层的孔洞有效地进行封闭,更是增加了防护层的厚度,增加了侵蚀性介质与镁合金基体接触的难度,有效提高了镁合金的耐蚀性。本专利技术采用的试剂为市售产品,获得便捷,因此成本低。附图说明图1是镁合金阳极氧化后的表面的扫描电镜低倍照片;图2是实施例1中所获得的镁合金LDH封闭膜层扫描电镜的低倍照片;图3是实施例1中所获得的镁合金LDH封闭膜层扫描电镜的高倍照片;图4是实施例1中所获得的镁合金LDH封闭膜层的能谱;图5是实施例1中所获得的镁合金LDH封闭膜层在该PH值条件下的XRD图谱;图6是实施例1中通过电化学工作站测得的覆有阳极氧化膜的AZ31镁合金和覆有LDH封闭膜层的AZ31镁合金在同一坐标下的塔菲尔极化曲线;图7是实施例2中所获得的镁合金LDH封闭膜层扫描电镜下的低倍照片;图8是实施例2中所获得的镁合金LDH封闭膜层扫描电镜下的高倍照片;图9是实施例2中所获得的镁合金LDH封闭膜层的能谱;图10是实施例3中所获得的镁合金LDH封闭膜层扫描电镜下的低倍照片;图11是实施例3中所获得的镁合金LDH封闭膜层扫描电镜下的高倍照片;图12是实施例3中通过电化学工作站测得的覆有阳极氧化膜的AZ31镁合金和覆有LDH封闭膜层的AZ31镁合金在同一坐标下的塔菲尔极化曲线;图13是实施例4中所获得的镁合金LDH封闭膜层扫描电镜下的高倍和低倍照片;图14是实施例4中所获得的镁合金LDH封闭膜层扫描电镜下的高倍照片;图15是实例4中通过电化学工作站测得的覆有阳极氧化膜的AZ31镁合金和覆有LDH封闭膜层的AZ31镁合金在同一坐标下的塔菲尔极化曲线。具本文档来自技高网
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一种镁合金表面双羟基金属氧化物封闭膜层的制备方法

【技术保护点】
一种镁合金表面双羟基金属氧化物封闭膜层的制备方法,其特征在于,有以下步骤:1)配制原位生长液取硝酸铝0.05M和硝酸铵0.3M溶液,配制成浓度为0.017M~0.05M、pH值为9~12.3的原位生长液;2)原位生长取经过阳极氧化的镁合金试样,超声波清洗后,放进步骤1)所述的原位生长液中,高压下,于100~150℃恒温加热1h~12小时;3)干燥取出处理后的镁合金试样,超声清洗后,再用去离子水冲洗,干燥,得到表面LDH封闭膜层的镁合金试样。

【技术特征摘要】
1.一种镁合金表面双羟基金属氧化物封闭膜层的制备方法,其特征在于,有以下步骤:1)配制原位生长液取硝酸铝0.05M和硝酸铵0.3M溶液,配制成浓度为0.017M~0.05M、pH值为9~12.3的原位生长液;2)原位生长取经过阳极氧化的镁合金试样,超声波清洗后,放进步骤1)所述的原位生长液中,高压下,于100~150℃恒温加热1h~12小时;3)干燥取出处...

【专利技术属性】
技术研发人员:吴量杨丹妮张根汤爱涛潘复生
申请(专利权)人:重庆大学
类型:发明
国别省市:重庆;50

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