一种在镁合金表面制备纳米蠕虫状Mg-Al-LDHs转化膜的方法技术

一种在镁合金表面制备纳米蠕虫状Mg

【技术实现步骤摘要】
一种在镁合金表面制备纳米蠕虫状Mg
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Al
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LDHs转化膜的方法


[0001]本专利技术涉及一种制备镁合金LDHs转化膜的方法。

技术介绍

[0002]镁及镁合金是继铁基材料和铝基材料之后的第三大金属工程材料，在很多领域如航天航空、汽车、3C电子、生物医疗等领域都有着广泛的应用前景。同时，镁材还可以回收和利用，堪称是“用之不竭”的金属，被誉为“21世纪绿色金属结构材料”。但是，镁及镁合金的腐蚀问题一直没有得到有效的解决，耐蚀性能差成为限制镁及镁合金进一步发展的瓶颈问题。
[0003]从腐蚀科学的角度出发，导致镁合金腐蚀的根本原因在于镁合金表面不能自发地形成具保护性的表面膜。因此，开发具有保护性质的镁合金表面处理技术显得尤为重要。LDHs(Layered Double Hydroxides)是水滑石和类水滑石化合物的统称，其本身就是一种环保型的插层化合物。LDHs化合物是由层间阴离子及带正电荷层板堆积而成，因此赋予了LDHs转化膜很多特殊的的性能。一方面，LDHs层板上的氢氧基团具有碱性特性，因此可通过本身具备的碱性特性中和酸性溶液实现LDHs转化膜对基体的防护。另一方面，LDHs层间的阴离子具有可交换性，LDHs层间的阴离子可与环境中具有腐蚀性的阴离子进行交换，通过吸附和离子交换实现主动防腐的效果。同时，LDHs与其他同价或半径相似的金属离子可以用于替代LDHs膜层中的M
2+
和M
3+
，可赋予LDHs许多新的功能。因此，利用LDHs本身具备的结构优势和性能特点制备镁合金化学转化膜成为研究的热点。
[0004]目前，在镁合金表面制备LDHs转化膜的方法主要有一步法、原为生长法、电沉积法、旋涂法、电场调控法、表面改性法以及水热和共沉积等方法。如：中国专利《镁合金表面镁铝水滑石膜的一步水热法制备方法》(CN 107740086 A)先利用硝酸铝与尿素的混合溶液在镁合金表面制备出水滑石膜的前驱体，再利用高温水热法将前驱体膜转变为水滑石膜。中国专利《一种镁合金原位生长LDH转化膜的方法》(CN108707889A)设计了多种如氢氧化钠、碳酸钠和磷酸钠等酸碱溶液的前期预处理，再利用水热转化处理硝酸铝、碳酸钠、氢氧化钠和硝酸铵混合溶液，最终直接在镁合金表面制备出均匀致密的LDH转化膜。中国专利《镁合金表面原位生长Mg
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Al水滑石膜的成膜溶液及其应用》(公开号：CN102677038A)以碳酸盐溶液为基础溶液，将纯铝板置入饱和碳酸钠溶液中制得前驱溶液，再用碱性溶液调节pH值得到后处理溶液，最终通过原位生长在镁合金表面制得Mg
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Al水滑石膜。中国专利《镁合金表面电沉积缓蚀剂阴离子插层水滑石膜的方法》(CN 101597783 A)利用三电极体系，以含有缓蚀性阴离子插层水滑石的溶液为电解液，以镁合金为工作电极、铂片为对电极，室温下通入N2，在镁合金表面通过电沉积法形成水滑石膜。中国专利《镁合金表面旋转法制备均匀耐腐蚀水滑石膜及其制备方法》(CN 101050539 A)以纳米尺度分散的LDHs溶胶为前体，滴加在经过表面处理后的镁合金片上，在旋转机高速旋转作用下，溶胶在镁合金工件表面迅速铺展成膜，经真空干燥，制得均匀致密的水滑石薄膜。这种方法实施起来难度较大，制备工序复杂且周期长。中国专利《基于电场调控在镁合金表面原位生长类水滑石膜的方
法及类水滑石膜》(CN 108624930 B)在脉冲电场作用下，镁合金基体作为工作电极，铂电极作为对电极在锰离子盐的饱和碳酸溶液中原位生长Mg(OH)2/Mg
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Mn复合类水滑石膜，再利用月桂酸乙醇溶液在接通脉冲电源状态下浸泡，进行酸根离子交换，从而在镁合金表面得到具有花瓣状簇丛结构的超疏水类水滑石膜层。中国专利《一种采用水镁石制备表面改性水滑石类化合物的方法》(CN103318933A)利用水镁石，包括铝源、碱源、表面改性剂和水，在100
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250℃温度范围内，消耗20小时，在镁合金表面制得改性的水滑石类化合物。中国专利《一种谷酸根插层水滑石医用镁合金涂层的制备方法》(CN 106693044 A)以硝酸镁、硝酸铝、氢氧化钠、谷氨酸钠为原料制备前驱体溶液，采用共沉积法和水热沉积法在镁合金表面合成谷氨酸根水滑石涂层。这种方法的操作过程十分繁琐，溶液消耗大，处理周期长达88个小时。中国专利《一种双膦酸盐药物插层水滑石医用镁合金涂层及其制备方法与应用》(CN 108421083 B)通过将硝酸铝、硝酸银和水配制成溶液A；将双膦酸盐和水配制成溶液B；将溶液A与溶液B混合后，调节pH值至11.5～12.5，得到前驱体乳液；取Mg合金基材与前驱体乳液在110～125℃条件下水热反应10～24h，得到双膦酸盐药物插层水滑石医用镁合金涂层。中国专利《一种在镁合金表面利用酸预处理与蒸汽法相结合制备水滑石涂层的方法》(CN 113564590 A)利用有机酸和原位蒸汽相结合的方法，以草酸溶液、乙酸溶液或柠檬酸溶液作为预处理溶液，利用高温蒸汽在AZ31的表面制得水滑石涂层。
[0005]综上所述，镁合金LDHs转化膜的制备方法非常之多，但是针对以下几个问题一直没有得到有效的解决：第一，镁合金LDHs转化膜处理溶液的安全性。在上述方法中大部分的处理方法都需要配置一次性多种酸碱溶液，这给操作人员和环境带来很大程度的污染。第二，镁合金LDHs转化膜处理溶液的循环利用。上述方法中制备镁合金LDHs转化膜所需要的处理溶液每执行一次都需要重新配置，溶液稳定性差，消耗大，无法实现周期循环利用。第三，镁合金LDHs转化膜处理周期。上述方法中大多是基于开放体系标准大气压条件下制备处理溶液，因此在镁合金表面沉积足够致密的LDHs转化膜需要很长的处理时间。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是要解决现有制备的镁合金LDHs转化膜的方法安全性差，污染性大，无法循环利用所需的溶液和耗时长的问题，而提供一种在镁合金表面制备纳米蠕虫状Mg
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Al
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LDHs转化膜的方法。
[0007]一种在镁合金表面制备纳米蠕虫状Mg
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Al
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LDHs转化膜的方法，具体是按以下步骤制备的：
[0008]一、将去离子水转移到超临界CO2流体反应装置中，温度设置为315.15K，利用装置的压缩泵持续通入CO2，将装置内的压力控制在100bar，得到成膜溶液；
[0009]二、将预处理的镁合金样品放入超临界CO2流体反应装置的成膜溶液中，在压力为100bar和温度为315.15K的条件下保持一段时间，再将镁合金样品取出干燥，即在镁合金表面得到纳米蠕虫状Mg
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Al
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LDHs转化膜。
[0010]本专利技术的优点：
[0011]一、本专利技术针对传统镁合金LDHs转化膜开放体系标准大气压条件下存在的问题和不足，结合超临界流体所具备的卓越性质提出新的解决思路，超临界CO2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在镁合金表面制备纳米蠕虫状Mg
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Al
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LDHs转化膜的方法，其特征在于该方法具体是按以下步骤制备的：一、将去离子水转移到超临界CO2流体反应装置中，温度设置为315.15K，利用装置的压缩泵持续通入CO2，将装置内的压力控制在100bar，得到成膜溶液；二、将预处理的镁合金样品放入超临界CO2流体反应装置的成膜溶液中，在压力为100bar和温度为315.15K的条件下保持一段时间，再将镁合金样品取出干燥，即在镁合金表面得到纳米蠕虫状Mg
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Al
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LDHs转化膜。2.根据权利要求1所述的一种在镁合金表面制备纳米蠕虫状Mg
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Al
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LDHs转化膜的方法，其特征在于步骤一中所述的成膜溶液的密度为628.61kg/m3，熵为183J
·
mol
‑1，pH值为2。3.根据权利要求1所述的一种在镁合金表面制备纳米蠕虫状Mg
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【专利技术属性】
技术研发人员：张晓晨，许建平，尹志娟，赵阳，周鹏，沈立华，布和巴特尔，王慧文，王佳杰，张涛，
申请(专利权)人：黑龙江工程学院，
类型：发明
国别省市：