一种利用超滑表面制备镁合金耐蚀性膜层的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用超滑表面制备镁合金耐蚀性膜层的方法，属于金属材料表面改性领域。本发明专利技术的耐蚀性膜层是以镁合金为基体，首先采用微弧氧化(MAO)的方式在镁合金表面构建出微米级孔状结构，其次在高温下进行LDH(层状双氢氧化物)处理得到片状纳米结构；再用低表面能物质进行修饰，得到超疏水表面；最后注入润滑油得到超滑表面。本发明专利技术提供一种操作简单，不需要特殊设备的镁合金耐蚀性膜层的制备方法。将MAO、LDH、超疏水技术及超滑表面四者相结合在镁合金表面制备出复合膜层，可以有效阻止水滴在表面的滞留，进而提高镁合金的耐蚀性。

A Method for Preparing Corrosion Resistant Coatings of Magnesium Alloys on Super Sliding Surface

【技术实现步骤摘要】
一种利用超滑表面制备镁合金耐蚀性膜层的方法
本专利技术涉及一种利用超滑表面制备镁合金耐蚀性膜层的方法，属于金属材料表面改性领域。
技术介绍
镁合金具有低密度、较高的比强度和比刚度，吸震性显著、低的弹性模量，以及良好的可回收再生性能等优点，在汽车、电器、电子产品、航空航天产业等领域得到广泛使用。但是镁合金由于标准电极电位很负(-2.37V)，化学活性很高，在潮湿的环境和含Cl-的非碱性溶液介质中极易发生腐蚀。镁合金在空气中，表面会生成氧化膜，但是所生成的氧化膜孔隙率大、致密度低，不能对基体提供有效的保护，耐腐蚀性很差，极大程度上限制了镁合金的工程应用范围。为了解决镁合金易腐蚀的问题，需要对镁合金进行有效的表面处理。疏水膜是一种基于仿生效应兴起的。荷花自古就被赞为“出淤泥而不染”，它的这种自清洁现象在科学上被称为“荷叶效应”，目前已受到广泛的关注。解决镁合金的腐蚀可以从两方面入手(1)增加镁合金自身的耐腐蚀性(2)切断镁合金与易造成腐蚀的环境接触。从这两方面考虑首先我们在镁合金表面先制备出一层耐腐性的膜层，然后再对该膜层进行疏水化处理，可以极大的提高镁合金的耐蚀性。因此制备镁合金耐蚀性疏水膜不仅提高了镁合金自身的耐蚀性，同时疏水膜的制备使其拥有憎水性与一定的自清结性，使镁合金更加的不易腐蚀，这对镁合金的具体实际应有有了很高的价值。微弧氧化又称等离子氧化，是一种在有色金属表面原位生长陶瓷膜的新技术。微弧氧化由阳极氧化演变而来，采用较高电压，将普通阳极氧化的法拉第区引入到高压放电区，可在Al、Mg、Ti等金属及其合金表面形成一层结合强度较高的陶瓷氧化膜。镁合金经微弧氧化处理后，表面具有均匀而密集的微米级孔状结构，局部因应力作用产生裂纹，需进行后续处理以获得微纳结构且覆盖表面裂纹。层状双氢氧化物(LDH)因其独特的结构和化学成分，能在腐蚀环境中吸收阴离子和释放抑制剂，显著提高材料的耐腐蚀性。总的说来，LDH的组成可以写成一个通式[M2+1-xM3+x(OH)2x+Am-x/m·nH2O，其中M2+和M3+代表二价和三价金属阳离子，Am-代表可交换的阴离子。近年来，LDH研究表明可以作为减少与腐蚀介质的接触面积的超疏水材料，对基体金属进行LDH处理，可以获得亲水的纳米结构膜层。目前，尚未有实验来研究微米结构及微纳复合结构对超滑表面耐用性的影响。中国专利CN103966641A公开的一种利用人工仿猪笼草超滑表面防止金属大气腐蚀的方法，采用盐粒潮解实验证明仿猪笼草超滑表面可以阻止因盐分潮解等原因造成水滴在表面滞留，降低金属的大气腐蚀发生的概率。中国专利CN106865487A公开的液体注入型超滑表面及其激光精密微加工方法，采用测试液滴包括水滴、酸溶液、碱溶液、湖水、海水、血清、甘油和番茄酱，证明所制备的超滑表面具有很小摩擦阻力，降低水滴等测试液体在表面的滞留时间与概率。由上述技术可知，对超滑表面的防污性和防大气腐蚀研究较多，但对于动态腐蚀条件对超滑表面的影响鲜有报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种利用超滑表面制备镁合金耐蚀性膜层的方法，该方法所用设备简单、处理过程易于实现，能有效提高镁合金的耐蚀性能。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案具体如下：一种利用超滑表面制备镁合金耐蚀性膜层的方法，其特征在于，首先采用微弧氧化(MAO)的方式在镁合金表面构建出微米级孔状结构，其次在高温下进行LDH(层状双氢氧化物)处理得到片状纳米结构；再用低表面能物质进行修饰，得到超疏水表面；最后注入润滑油得到超滑表面。一种镁合金表面耐蚀性膜层的制备方法，具体包括以下步骤：步骤1、将经过预处理的镁合金置于硅酸盐体系的电解液中，镁合金作为阳极，不锈钢板作为阴极，进行MAO(微弧氧化)处理；步骤2、将步骤1处理得到的镁合金微弧氧化样品浸入九水硝酸铝溶液中高温下进行LDH(层状双氢氧化物)处理；步骤3、用低表面能物质1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷对步骤2得到的样品进行修饰，形成超疏水膜层。步骤4、将过量全氟聚醚滴加至上述表面，试样倾斜30°，放置2小时，最终获得稳定的超滑表面。本专利技术的特点还在于：步骤1中所述镁合金的预处理过程为：将镁合金依次用400#、800#、1000#、1200#的SiC砂纸对表面及边缘进行打磨，分别用无水乙醇和去离子水超声波清洗10～15min。步骤1中所述硅酸盐体系的电解液各成分含量分别为：硅酸钠8～10g/L，氢氧化钠2～5g/L，氟化钠0.5～2g/L。步骤1中所述的微弧氧化参数为：电流密度5～10A/dm2，频率400～500Hz，占空比20～30％，微弧氧化时间5～10min。步骤2中所述的九水硝酸铝溶液浓度为0.01～0.02mol/L，采用NaOH将pH值调至12.5。步骤2中所述的LDH处理条件为：温度60℃～120℃，时间3～12h。步骤3中所述的1H,1H,2H,2H-的浓度为：蒸馏水：乙醇：1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷的体积比为100:200:1。步骤3中所述的修饰方式：室温下浸泡2h。本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术镁合金微弧氧化前处理工艺简单，周期短，采用的微弧氧化电解液呈碱性，对环境友好，且可批量生产。(2)本专利技术利用MAO膜层表面的微米级孔，及后续进行LDH处理后所得均匀规则的片状纳米结构，形成超疏水处理及超滑表面所必备的微纳复合结构。(3)本专利技术将MAO、LDH、超疏水技术、超滑表面四者相结合，每层膜层均以上一层为基础，结合力较高，在动态腐蚀条件下，润滑油不易被冲走。附图说明图1a为实施例1和对比例1中MAO所得的微米级孔状结构的2000倍扫描电镜图。b、c分别为实施例1中镁合金经MAO与LDH处理所得微纳复合结构的8000倍、50000倍扫描电镜图。图2a、b分别为1000r/min条件下动态腐蚀5min后水滴在实施例1与对比例1所得样品表面滑移过程。具体实施方式下面通过实施例来进一步说明本专利技术，但不局限于以下实施例。实施例1(1)本实例中，选用Mg-Al-Zn系镁合金AZ91块状(15×15×6mm)作为实验样品。分别用400#、800#、1000#、1200#的SiC砂纸依次打磨以除去表层的氧化物和其他杂质，然后将其放入无水乙醇中超声清洗15min，再放入去离子水中超声清洗15min，以达到脱脂去污的效果；(2)对步骤(1)得到的镁合金进行微弧氧化处理，采用硅酸盐体系的电解液，各成分含量分别为：硅酸钠8g/L，氢氧化钠2g/L，氟化钠0.5g/L。微弧氧化参数为：电流密度5A/dm2，频率500Hz，占空比20％，微弧氧化时间10min，取出，去离子水冲洗烘干，得到微米级孔状结构(图1a)。(3)将步骤(2)的镁合金微弧氧化样品浸入九水硝酸铝溶液中高温下进行LDH(层状双氢氧化物)处理，LDH处理条件为：温度60℃，时间12h。(4)配置1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷复合溶液，蒸馏水：乙醇：1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷的体积为100ml:200ml:1ml，上述试样室温下浸泡2h，取出烘干。(5)在上述试样表面滴上10微升全氟聚醚，旋涂均匀后，倾斜30°，静置2h。在上述步骤2中可加入0.05％的成膜促进剂，成膜促本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用超滑表面制备镁合金耐蚀性膜层的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将经过预处理的镁合金置于硅酸盐体系的电解液中，镁合金作为阳极，不锈钢板作为阴极，进行MAO微弧氧化处理，所述硅酸盐体系的电解液各成分含量分别为：硅酸钠8～10g/L，氢氧化钠2～5g/L，氟化钠0.5～2g/L。；步骤2、将步骤1处理得到的镁合金微弧氧化样品浸入PH值为12.5的九水硝酸铝溶液中高温下进行LDH层状双氢氧化物处理；步骤3、用低表面能物质1H,1H,2H,2H‑全氟辛基三乙氧基硅烷对步骤2得到的样品进行修饰，形成超疏水膜层。步骤4、将过量全氟聚醚滴加至上述表面，试样倾斜30°，放置2小时，最终获得稳定的超滑表面。

【技术特征摘要】
1.一种利用超滑表面制备镁合金耐蚀性膜层的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将经过预处理的镁合金置于硅酸盐体系的电解液中，镁合金作为阳极，不锈钢板作为阴极，进行MAO微弧氧化处理，所述硅酸盐体系的电解液各成分含量分别为：硅酸钠8～10g/L，氢氧化钠2～5g/L，氟化钠0.5～2g/L。；步骤2、将步骤1处理得到的镁合金微弧氧化样品浸入PH值为12.5的九水硝酸铝溶液中高温下进行LDH层状双氢氧化物处理；步骤3、用低表面能物质1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷对步骤2得到的样品进行修饰，形成超疏水膜层。步骤4、将过量全氟聚醚滴加至上述表面，试样倾斜30°，放置2小时，最终获得稳定的超滑表面。2.根据权利要求1所述的一种利用超滑表面制备镁合金耐蚀性膜层的方法，其特征在于，步骤1中所述镁合金的预处理过程为：将镁合金依次用400#、800#、1000#、1200#的SiC砂纸对表面及边缘进行打磨，分别用无水乙醇和去离子水超声波清洗10～15min后干燥。3.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱梦圆，卢雅琳，欧军飞，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32