离子液体缓蚀剂改性的水滑石复合涂层的制备方法及其在镁合金防腐中的应用技术

本发明专利技术公开了胆碱盐离子液体[Ch][MOPS]，其分子结构式如下所示：本发明专利技术不仅提供了胆碱盐离子液体的制备方法，还提供了用其改性水滑石复合涂层的制备方法。在微弧氧化涂层上生长水滑石复合涂层不仅可以缩短反应时间，而且可以进一步提高对镁合金的保护效果。[Ch][MOPS]的加入一方面可以提高水滑石复合涂层的致密度，另一方面当涂层受到破坏时，[Ch][MOPS]可以释放出来，对镁合金提供保护，具有很好的自修复功能。本发明专利技术提供的制备方法简单，通过[Ch][MOPS]改性的水滑石复合涂层具有优异防腐性能和自修复性能。合涂层具有优异防腐性能和自修复性能。

【技术实现步骤摘要】
离子液体缓蚀剂改性的水滑石复合涂层的制备方法及其在镁合金防腐中的应用


[0001]本专利技术属于化工材料和金属防腐领域，具体涉及一种离子液体缓蚀剂、利用该离子液体缓蚀剂改性制备水滑石复合涂层的方法以及该复合涂层在镁合金防腐中的应用。

技术介绍

[0002]金属材料在生活中占有非常重要的地位，但在使用过程中，经常会受到周围环境的破坏，最常见的有断裂、磨损和腐蚀，其中腐蚀现象最为普遍。全世界每年因腐蚀报废的金属设备数量巨大，造成金属资源的巨大浪费。镁金属是最轻的结构金属，但纯镁材料质软不适合直接做结构铸件。在镁金属的基础上添加其他元素形成合金可以提高镁铸件的硬度，镁合金是所有合金种类中比重最轻者。镁合金具有低密度、高比强度和较大的导热系数等优点，且使用后便于回收利用，对环境污染小。然而，镁的标准电极电位极低，化学活性较高，导致镁合金化学性质非常活泼，易发生腐蚀。镁合金表面被腐蚀后形成氧化膜或氢氧化膜，但是产物膜的质地是疏松多孔的，对镁合金不能形成有效的保护。因此，研究镁合金的腐蚀防护显得尤为重要。
[0003]离子液体又称离子性液体，是由有机阳离子和无机（或有机）阴离子组成的一类化合物，在室温或室温附近下呈液态。通常情况下，离子液体具有低熔点、高极性、低毒性、低蒸气压、极高的热稳定性和化学稳定性以及对环境和生物的危害较小等特点。离子液体作为一种绿色、环境友好型化合物，可广泛应用于金属的腐蚀性研究。
[0004]水滑石或层状双金属氢氧化物是一类阴离子层状化合物，其基本结构为层状结构，层间有阴离子插入，化学通式一般可用[M
2+1
‑
x
M
3+x
(OH)2][A
n
‑
]x/n
·
nH2O 表示，M
2+ 和M
3+ 分别为+2 价和+3 价金属阳离子，A
n
‑ꢀ
为插层阴离子。水滑石的结构特点是层间阴离子具有可调性，从而使得层间可以插入具有优良缓释效果的缓蚀剂，让水滑石复合涂层达到更好的防腐效果。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的之一在于提供一种缓蚀性能良好、高效、经济的胆碱离子液体，并用其改性水滑石复合涂层的制备方法。
[0006]本专利技术还提供了离子液体的制备方法以及作为金属缓蚀剂的应用，并通过该离子液体改性的水滑石复合涂层对金属的防腐保护应用。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种胆碱盐离子液体缓蚀剂，其分子结构式如下所示：。
[0008]一种上述离子液体缓蚀剂的制备方法，其通过简单的酸碱中和反应合成了胆碱盐
离子液体缓蚀剂，具体为：将氢氧化胆碱与稍过量3
‑
吗啉丙磺酸在常温下反应12
‑
36 h，反应结束后，旋蒸除去溶剂，即得离子液体缓蚀剂，记为[Ch][MOPS]。
[0009]具体的，氢氧化胆碱与3
‑
吗啉丙磺酸的物质的量之比优选为1:1.2。
[0010]一种利用上述离子液体缓蚀剂改性的水滑石复合涂层的制备方法，其包括如下步骤：1）微弧氧化涂层的制备将经打磨、清洗、干燥处理过的镁合金样品作为阳极，不锈钢电极作为阴极，进行微弧氧化处理，得到表面生长微弧氧化涂层的镁合金；2）水滑石复合涂层的制备配制50~100mmol/L硝酸镁和25~50mmol/L硝酸铝的混合溶液，在30
‑
50℃油浴搅拌条件下，用NaOH 调节pH 至10~11，称为溶液A；称取离子液体缓蚀剂加入去离子水配成浓度为50~100mmol/L的溶液，称为溶液B；在惰性气体保护下，将溶液B滴加到溶液A中，于30
‑
80℃持续搅拌4
‑
9h，然后将产生的浆液和步骤1）处理后的镁合金一起转移到聚四氟乙烯内衬的高压釜中进行原位生长，生成的涂层经冲洗、干燥，即得。
[0011]具体的，步骤1）中，微弧氧化处理时，所用电解液组成包括10 g/L~30 g/L 硅酸钠、5 g/L~20 g/L 氢氧化钾和5 g/L~15 g/L 氟化钾，微弧氧化处理的脉冲电流密度为30 mA/cm2~60 mA/cm2。
[0012]进一步的，步骤2）中原位生长温度为120~150 ℃，时间为12~24 h。
[0013]具体的，步骤2）中在氮气氛围保护下，溶液B和溶液A的体积比控制在0.5~1：1，以防止碳酸根的产生。
[0014]本专利技术提供了采用上述方法制备得到的水滑石复合涂层。
[0015]本专利技术提供了上述离子液体缓蚀剂或水滑石复合涂层在金属防腐中的应用。
[0016]上述在金属防腐中的应用，进一步的，所述金属为镁合金。
[0017]本专利技术还提供了上述胆碱离子液体作为金属缓蚀剂的应用，进一步优选所述金属为镁合金。本专利技术胆碱盐离子液体缓蚀剂在镁合金防腐蚀方面效果显著，具体如下：（1）电化学测试表明离子液体[Ch][MOPS] 对镁合金都有很好的缓蚀作用，浓度为0.7 mM 的[Ch][MOPS]在0.5 wt.% NaCl 介质中对镁合金的缓蚀效果最好，缓蚀效率为81.98%；（2）AZ91D 镁合金在0.5 wt.% NaCl 和使用0.5 wt.% NaCl 配制的浓度为0.7 mM的[Ch][MOPS] 缓蚀剂溶液中浸泡16 h。与空白样品对比，通过一些形貌表征手段可以看出离子液体对镁合金有很好的缓蚀效果。
[0018]本专利技术将胆碱盐阳离子与3
‑
吗啉丙磺酸阴离子结合在一起，形成了相对分子质量为313的分子。该分子中含有N、O、S 杂原子和共轭基团，这些杂原子和共轭基团一般能够与合金反应，吸附到镁合金表面上，从而起到腐蚀防护的作用。基于此，确定了它作为缓蚀剂来减缓镁合金的腐蚀速度的工艺。和现有技术相比，本专利技术的优点与积极效果如下：(1) 本专利技术[Ch][MOPS] 离子液体原料价格低廉、合成方法简单、反应条件温和、无需复杂后处理等优势；(2) 本专利技术[Ch][MOPS] 离子液体含有N、O、S 杂原子和共轭基团，易于与金属相互作用，在金属及合金表面和腐蚀介质之间形成膜层；
本专利技术提供的离子液体改性水滑石复合涂层作为金属及其合金的防腐涂层。相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：本专利技术中离子液体的合成方法简单环保，离子液体的阳离子通过氢键作用在层板上，可以阻挡腐蚀性物质对镁合金的破坏；阴离子插入层间，能够实现自愈合的效果。通过水热法获得的涂层，具有良好的结合力。该方法合成的离子液体改性水滑石复合涂层更加致密，从而达到更好的防腐效果。本专利技术提供的离子液体改性水滑石复合涂层在减缓金属及其合金的腐蚀方面具有非常好的应用前景。
[0019]通过本专利技术提供的方法制备的[Ch][MOPS] 及其改性水滑石复合涂层使镁合金得到了很好的保护。在微弧氧化涂层上生长水滑石复合涂层不仅可以缩短反应时间，而且可以进一步提高对镁合金的保护效果。[Ch][MOPS] 本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.胆碱盐离子液体缓蚀剂，其特征在于，分子结构式如下所示：。2.权利要求1所述离子液体缓蚀剂的制备方法，其特征在于，在溶剂水存在条件下，将氢氧化胆碱与过量3
‑
吗啉丙磺酸在常温下反应12
‑
36 h，反应结束后，旋蒸除去溶剂，即得。3.如权利要求2所述离子液体缓蚀剂的制备方法，其特征在于，氢氧化胆碱与3
‑
吗啉丙磺酸的物质的量之比为1:1.2。4.利用权利要求1所述离子液体缓蚀剂改性的水滑石复合涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1）微弧氧化涂层的制备将经打磨、清洗、干燥处理过的镁合金样品作为阳极，不锈钢电极作为阴极，进行微弧氧化处理，得到表面生长微弧氧化涂层的镁合金；2）水滑石复合涂层的制备配制50~100mmol/L硝酸镁和25~50mmol/L硝酸铝的混合溶液，在30
‑
50℃油浴搅拌条件下，用NaOH 调节pH 至10~11，称为溶液A；称取离子液体缓蚀剂加入去离子水配成浓度为50~100mmol/L的溶液，称为溶液B；在惰性气体保护下，将溶液B滴加到溶液A中，于3...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭续更，张敬来，任铁钢，王丽，刘莹雪，郜帅，
申请(专利权)人：河南大学，
类型：发明
国别省市：