金属表面复合涂层的制备方法及改性金属材料技术

本发明专利技术提供了一种金属表面复合涂层的制备方法及改性金属材料。所述金属表面复合涂层的制备方法包括：配置包含有低表面能有机纳米粉体的复合电解液；控制所述复合电解液的温度为60‑90℃，在400V‑1000V的脉冲电压下，在所述复合电解液中利用强脉冲高频放电反应及辅助交联固化在所述金属基体表面形成复合涂层，所述复合涂层包括陶瓷层和聚合物层。本发明专利技术通过在电解液中添加低表面能有机纳米粉体，在强脉冲电压及高温电解液的微区环境下，通过活化诱导、静电吸附、辅助交联、化学镶嵌的协同作用，将低表面能有机纳米粉体一步沉积于金属基体表面，制备出具有分级微纳米结构的大厚度涂层，实现低表面能的有机聚合物在陶瓷层表面的全覆盖，大幅提高金属基体的耐蚀性。

Preparation of composite coating on metal surface and modified metal materials

【技术实现步骤摘要】
金属表面复合涂层的制备方法及改性金属材料
本专利技术涉及合金表面处理
，具体而言，涉及金属表面复合涂层的制备方法及改性金属材料。
技术介绍
金属腐蚀是金属材料和周围介质发生化学或电化学多相反应而被损坏的一种常见现象，金属及其合金的应用发展常受其耐蚀性能的影响，例如，镁合金由于具有高强度、低密度、高阻尼电容、塑性和易加工等性能被广泛应用于航空、汽车和电子工业中。但是由于其耐腐蚀性差、耐磨性低，使其更为广泛的应用受到限制，比如镁及其合金作为零部件在腐蚀活性介质的作用下迅速失去其功能。因此，为了延长金属及其合金的产品生命周期，控制其腐蚀速率，对金属及其合金进行表面处理制备高效防护涂层是一种简便有效的方法。目前对金属表面进行处理的方法主要为微弧氧化处理，但是该方法对提高金属耐蚀性的程度有限。为了进一步提高金属合金的耐蚀性和化学稳定性，且使其具备多功能特性，现有技术中有在电解液中添加有机乳液，在金属表面制备出微弧氧化复合涂层，然而制备出的复合涂层，有机粒子仅在微弧氧化层表面少量覆盖或非常薄层(厚度微米以内)分布，复合涂层厚度与微弧氧化层厚度相差很小，这对进一步提高镁合金耐蚀性的作用受到限制。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是现有技术中缺乏有效的方法来提高金属及其合金的耐蚀性。为解决上述问题，本专利技术提供一种金属表面复合涂层的制备方法，包括步骤：配置包含有低表面能有机纳米粉体的复合电解液；控制所述电解液温度为60-90℃，在400V-1000V脉冲电压下，在所述复合电解液中利用强脉冲高频放电反应及辅助交联固化，在所述金属基体表面形成多层复合涂层，所述多层复合涂层包括陶瓷层和聚合物层。本专利技术通过在电解液中添加低表面能有机纳米粉体，在强脉冲电压及高温电解液的微区环境下，通过活化诱导、静电吸附、辅助交联、化学镶嵌的协同作用，将低表面能有机纳米粉体一步沉积于金属基体表面，制备出具有分级微纳米结构的大厚度的涂层，实现低表面能的聚合物层在陶瓷层表面的全覆盖，大幅度提高金属基体的耐蚀性。较佳地，所述复合电解液中所述低表面能有机纳米粉体的质量分数为50-100g/L。低表面能有机纳米粉体在该浓度范围内，可以在金属基体表面实现全覆盖，从而提高金属基体的耐蚀性。较佳地，在所述复合电解液中利用强脉冲高频放电反应及辅助交联固化于所述金属基体表面的反应时间为10-50min。在强脉冲电压与高温溶液以及长时间反应的特殊制备环境下，有助于在金属基体表面制备出大厚度的具有聚合物陶瓷多层结构的涂层，提高金属基体的耐蚀性。较佳地，为进一步调控聚合物层微纳米结构与性能，还包括步骤：将所述多层涂层进行热固化处理，所述热固化处理的温度为50-300℃。热固化处理使得涂层的致密性和化学稳定性进一步提高，该温度范围内，复合涂层外层的聚合物层进一步交联聚合，在聚合物层表面进一步形成微纳米粗糙的复合分级结构，在低表面能的作用下，固液相互作用，使复合涂层表面形成超疏水状态，有效的抑制腐蚀溶液进入到涂层内部，从而保护金属基体形成高抑制性的膜层。另外，在热驱动作用下，低表面能纳米有机粉体重新排列，且部分有机链断开并重新排列，有机聚合物和陶瓷模板层进一步键合，低表面能有机纳米粉体在陶瓷层中更加均匀、致密的分布，使其紧密结合。较佳地，所述低表面能有机纳米粉体包括含氟树脂及有机硅烷类聚合物。较佳地，所述复合电解液的配置步骤如下：将硅酸钠、六偏磷酸钠、氟化钾、pH调节剂以及钨酸钠溶于水中，得到基础溶液；在所述基础溶液中添加所述低表面能有机纳米粉体，并超声分散，得到所述复合电解液。较佳地，所述硅酸钠的浓度为1-20g/L，所述六偏磷酸钠的浓度为1-20g/L，所述氟化钾的浓度为1-10g/L，所述pH调节剂的浓度为1-10g/L，所述钨酸钠的浓度为1-20g/L。基础溶液中添加钨酸钠，有助于提高陶瓷层的粗糙度和耐磨性，从而有助于低表面能有机纳米粉体在陶瓷层上的沉积和吸附。本专利技术还提供一种改性金属材料，包括金属基体和如上所述的金属表面复合涂层的制备方法制得的复合涂层，所述复合涂层中的陶瓷层原位生长于所述金属基体表面，所述复合涂层中的聚合物层覆盖于所述陶瓷层。较佳地，所述复合涂层的厚度为60-200μm。较佳地，所述聚合物层厚度占所述复合涂层厚度的50％以上。本专利技术制得的改性金属材料，金属表面形成有大厚度、全覆盖、高致密、超疏水且自清洁的复合涂层，有效提高了金属的耐蚀性。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的金属表面复合涂层的表面微观形貌照片；图2为本专利技术实施例1制备的金属表面复合涂层的截面微观形貌照片；图3为本专利技术实施例1制备的金属表面复合涂层的接触角实物图和静态接触角示意图；图4为本专利技术实施例1制备的金属表面复合涂层的极化曲线；图5为本专利技术实施例1制备的金属表面复合涂层的自清洁功能测试图；图6为本专利技术对比例1制备的金属表面微弧氧化陶瓷涂层的表面微观形貌照片；图7为本专利技术对比例1制备的金属表面微弧氧化陶瓷涂层的截面微观形貌照片；图8为本专利技术对比例1制备的金属表面微弧氧化陶瓷涂层的静态接触角示意图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。本专利技术实施例提供金属表面复合涂层的制备方法，包括步骤：配置包含有低表面能有机纳米粉体的复合电解液；控制复合电解液温度为60-90℃，400V-1000V脉冲电压下，在所述复合电解液中利用强脉冲高频放电反应及辅助交联固化于金属基体表面形成复合涂层，复合涂层包括陶瓷层和聚合物层，可简称为陶瓷聚合物涂层。本实施例中在金属基体表面利用强脉冲高频放电反应及辅助交联固化制备陶瓷聚合物复合涂层的过程为：以不锈钢板或不锈钢池为阴极，以金属基体为阳极，将复合电解液加热后持续搅拌作为电解液，或者将复合电解液加入至电解槽后，对电解槽内的电解液进行温度控制，使得电解液的溶液温度保持在60-90℃。在阴阳两极间施加脉冲电压，在脉冲电压及高温复合电解液的微区环境下，促使金属基体上产生强脉冲放电，诱导金属基体活化产生等离子体，进而在金属基体表面原位生成粗糙的陶瓷层，并以该陶瓷层为模板，在强静电吸附和辅助交联沉积的共同作用下，在陶瓷层上进一步沉积并固化形成聚合物层，从而在金属基体表面沉积生长陶瓷聚合物复合涂层。本实施例在等离子体表面氧化与高温熔覆辅助交联沉积的共同作用下，在金属基体表面调控出粗糙的陶瓷层，并以该陶瓷层为沉积模板，将低表面能纳米有机粉体以电泳沉积、静电吸附及辅助交联的方式对陶瓷层进行封孔，并以机械铆合和化学结合方式在金属基体表面形成具有分级微纳米结构的多层涂层。从而实现有机纳米粉体在金属基体表面的全覆盖，使得金属基体表面具有高耐蚀性。其中，复合电解液的配置过程包括：(1)配置基础溶液，具体为：将1-20g/L本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属表面复合涂层的制备方法，其特征在于，包括步骤：/n配置包含有低表面能有机纳米粉体的复合电解液；/n控制所述复合电解液的温度为60-90℃，在400V-1000V的脉冲电压下，在所述复合电解液中利用强脉冲高频放电反应及辅助交联固化，在所述金属基体表面形成复合涂层，所述复合涂层包括陶瓷层和聚合物层。/n

【技术特征摘要】
1.一种金属表面复合涂层的制备方法，其特征在于，包括步骤：
配置包含有低表面能有机纳米粉体的复合电解液；
控制所述复合电解液的温度为60-90℃，在400V-1000V的脉冲电压下，在所述复合电解液中利用强脉冲高频放电反应及辅助交联固化，在所述金属基体表面形成复合涂层，所述复合涂层包括陶瓷层和聚合物层。


2.根据权利要求1所述的金属表面复合涂层的制备方法，其特征在于，所述复合电解液中所述低表面能有机纳米粉体的质量分数为50-100g/L。


3.根据权利要求1所述的金属表面复合涂层的制备方法，其特征在于，所述复合电解液中强脉冲高频放电反应及辅助交联固化于所述金属基体表面的反应时间为10-50min。


4.根据权利要求1所述的金属表面复合涂层的制备方法，其特征在于，还包括步骤：将所述复合涂层进行热固化处理，所述热固化处理的温度为50-300℃。


5.根据权利要求1所述的金属表面复合涂层的制备方法，其特征在于，所述低表面能有机纳米粉体包括含氟树脂及有机硅烷类聚合物粉体。


6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亚明，王树棋，邹永纯，贾德昌，周玉，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23