利用碱热法在镁合金表面制备氢氧化镁与二氧化硅复合薄膜的方法及得到的镁合金材料技术

本发明专利技术属于镁合金表面处理技术领域，具体涉及一种利用碱热法在镁合金表面制备氢氧化镁与二氧化硅复合薄膜的方法及得到的镁合金材料。该方法包括以下步骤：1)对镁合金进行预处理，得到表面洁净的镁合金；2)将步骤1)得到的所述镁合金浸入表面处理液中，并加热进行碱热反应，反应完后对镁合金进行清洗和烘干，得到表面具有氢氧化镁与二氧化硅复合薄膜的镁合金。发明专利技术中的氢氧化镁/二氧化硅复合膜打破了含有氢氧化镁的膜通常其耐蚀性能较差的特点，同时也规避了镁合金预处理的高成本和能耗大的问题，为提高镁合金腐蚀防护性能提供了新的方法和手段。的方法和手段。的方法和手段。

【技术实现步骤摘要】
利用碱热法在镁合金表面制备氢氧化镁与二氧化硅复合薄膜的方法及得到的镁合金材料


[0001]本专利技术属于镁合金表面处理
，具体涉及一种利用碱热法在镁合金表面制备氢氧化镁与二氧化硅复合薄膜的方法及得到的镁合金材料。

技术介绍

[0002]镁合金拥有密度低，比强度高和延展性强等优异性能，是理想的工程材料，同时，镁在地壳中的储存量也十分丰富，但与其他合金相比，镁合金的研究和发展还很不充分，其应用也受到了限制，主要因素之一是镁元素的化学性质活泼，导致其合金的耐腐蚀性能差，容易受到腐蚀。为了改善镁合金的耐蚀性能，近年来许多方法被广泛研究，包含表面改性，化学抑制和合金化等。其中，表面改性作为经济且有效的方法受到了广泛关注，但由于镁合金独特的表面活性，镁合金表面极难被电镀，化学镀也常常会因涂层附着性能差进而无法发挥作用，因此，需要对镁基体进行表面预处理，但预处理过程中较高的能源消耗和高额的花费，以及大量对环境和人体有害物质的使用，已经逐渐不满足的现阶段社会发展的需求，因此，寻找一种经济，高效且环保制备镁合金耐蚀涂层的方法已经迫在眉睫。
[0003]铝合金具有与镁合金相似的高化学活性，但铝合金在大气中会自发生成Al2O3/Al(OH)3复合膜，Al2O3/Al(OH)3复合膜不仅为基体提供了优秀的腐蚀防护能力，其产生过程也极其简单、环保，也不需要大量的花费和能源消耗。受此启发，科研人员试图在镁合金表面制备具有优秀耐蚀性能的自发生成膜，但与铝合金不同的是，镁合金的自发生的Mg(OH)2/MgO复合膜疏松且多孔的，根本无法为基体提供腐蚀防护，因此，如何提高Mg(OH)2薄膜的致密性成为了迫切需要解决的问题。Xu,R.Z.等人采用碱性水热法在镁合金表面制备了致密的Mg(OH)2/MgO的复合薄膜，并通过不同温度，不同时间的处理方式实现对表面形貌的调控，样品的腐蚀电流密度最低为1.083
×
10
‑5A cm
‑2，与基体相比仅降低了约1个数量级，腐蚀防护效果提升有限。为了提高提高Mg(OH)2薄膜的耐腐蚀性，Zhu等人采用一步水热法在AZ31镁合金表面制备了β
‑
TCMP/Mg(OH)2复合膜层，样品的腐蚀电流密度最多降低了约3个数量级，阻抗提升了约3个数量级，但实验中，样品在含有腐蚀性介质的SBF溶液中长时间(7天)浸泡后，受到了较为严重的腐蚀，镁合金几乎完全溶解。研究发现，受制于Mg(OH)2的固有不稳定性，溶液中氯化物的浓度一旦超过30mM，Mg(OH)2将开始转化为可溶性的MgCl2，导致含有Mg(OH)2的薄膜逐渐瓦解，进而降低样品的腐蚀防护性能。因此，Mg(OH)2类型的薄膜，通常在长期防护效果上表现较差。自此以后，Mg(OH)2薄膜的相关研究逐渐陷入了瓶颈，鲜有新的突破。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种利用碱热法在镁合金表面制备氢氧化镁与二氧化硅复合薄膜的方法及得到的镁合金材料。该制备过程简单，环保且价格低廉，所制备的薄膜具有优异的腐蚀防护性能。本专利技术所提供的方法无需预处理，在镁合金表面(例
如AZ91D)可一步制备具有优秀长期耐蚀性能的氢氧化镁与二氧化硅复合薄膜，克服了Mg(OH)2固有的不稳定特性，样品在3.5wt％NaCl溶液的长时间(7天)浸泡实验中，仍然表现出优异的长期耐蚀能力。
[0005]本专利技术所提供的技术方案如下：
[0006]一种利用碱热法在镁合金表面制备氢氧化镁与二氧化硅复合薄膜的方法，包括以下步骤：
[0007]1)对镁合金进行预处理，得到表面洁净的镁合金；
[0008]2)将步骤1)得到的所述镁合金浸入到表面处理液中，并加热进行碱热反应，反应完后对镁合金进行清洗和烘干，得到表面具有氢氧化镁与二氧化硅复合薄膜的镁合金；
[0009]其中，步骤2)中：
[0010]所述表面处理液中包括：SiO2、KOH、CaCl2和水，各成分与溶剂去离子水的重量比分别为(2.2
‑
2.4):50，(5.28
‑
5.48):50，(2.57
‑
2.77):50；
[0011]所述的碱热反应的条件为：加热到205℃
‑
235℃并持续保温36min
‑
108min。
[0012]优选的，加热到220℃并持续保温73min。
[0013]上述技术方案通过碱热法，无需预处理，在AZ91D等镁合金表面可一步制备具有优异耐蚀性能的氢氧化镁/二氧化硅复合薄膜。样品在奈奎斯特图中的电容半圆直径最大约为4.0
×
108Ω
·
cm
‑2，比镁合金基体高出了约6个数量级，展现出了优异的腐蚀防护性能。浸泡实验的结果也表明，氢氧化镁/二氧化硅复合薄膜同样还可以提供优异的长期防腐性能。本专利技术中的氢氧化镁/二氧化硅复合膜打破了含有Mg(OH)2的膜通常耐蚀性较差的特点，同时也规避了镁合金预处理的高成本和能耗大的问题，为提高镁合金腐蚀防护性能提供了新的方法和手段。
[0014]具体的，步骤2)中，所用的SiO2的粒径为8000
‑
10000目，优选为8000目。过大的粒径会导致膜层形貌不均匀，进而导致处理效果不佳。
[0015]具体的，步骤2)中，所用的表面处理液的容器为坩埚。
[0016]具体的，步骤2)中，所用的反应装置为马沸炉。
[0017]本专利技术还提供了根据上述方法制备得到的表面具有氢氧化镁与二氧化硅复合薄膜的镁合金。氢氧化镁与二氧化硅复合薄膜中，二氧化硅的含量为2
‑
8％。
[0018]本专利技术所提供的镁合金具有优异的长期耐蚀能力。
附图说明
[0019]图1是本专利技术在不同情况下制备的样品图像，(a)部分为T36C220，(b)部分为T73C220，(c)部分为T108C220，(d)部分为T73C205，(e)部分为T73C220@B，(f)部分为T73C235。
[0020]图2是本专利技术在不同情况下制备的样品的SEM的图像，(a,b)部分为T36C220，(c,d)部分为T73C205，(e,f)部分为T73C220，(g,h)部分为T73C235，(i,j)部分为T108C220，(k,l)部分为T73C220@B。
[0021]图3是本专利技术制备的T73C220样品的XRD衍射图谱。
[0022]图4是本专利技术制备的T73C220样品表面的分析图，(a)部分为EDS分析结果，(b)部分为扫描电镜形态，(c
–
e)部分为EDS元素映射图像。
[0023]图5是本专利技术制备的T73C220样品的扫描图谱，(a)部分为XPS全扫描图谱；窄扫描光谱中(b)部分为O1s区，(c)部分为C1s区，(d)部分为Si 2p区，(e)部分为Al 2p区，(f)部分为Mg 1s区。
[0024]图6是各样品在3.5wt％NaCl本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用碱热法在镁合金表面制备氢氧化镁与二氧化硅复合薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)对镁合金进行预处理，得到表面洁净的镁合金；2)将步骤1)得到的所述镁合金浸入表面处理液中，并加热进行碱热反应，反应完后对镁合金进行清洗和烘干，得到表面具有氢氧化镁与二氧化硅复合薄膜的镁合金；其中，步骤2)中：所述表面处理液中包括：SiO2、KOH、CaCl2和水，各成分与溶剂去离子水的重量比分别为(2.2
‑
2.4):50，(5.28
‑
5.48):50，(2.57
‑
2.77):50；所述的碱热反应的条件为：加热到205℃
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱继元，
申请(专利权)人：桂林理工大学，
类型：发明
国别省市：