CN101161869A - 一种制备金属基复合材料表面的稀土耐蚀膜的方法 - Google Patents

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Abstract

一种制备金属基复合材料表面的稀土耐蚀膜的方法，它涉及金属基复合材料表面的耐蚀膜的制备方法。本发明解决了现有方法制备的金属基复合材料表面耐蚀膜不均匀的问题。本发明的金属基复合材料表面的稀土耐蚀膜按以下步骤进行制备：1.金属基复合材料的预处理；2.配制溶胶、浸泡；3.溶胶分解、缩聚；即得到金属基复合材料表面稀土耐蚀膜。本发明制得的膜层均匀，金属基复合材料的增强体和基体上均有稀土膜层分布。

Description

一种制备金属基复合材料表面的稀土耐蚀膜的方法
技术领域
本发明涉及金属基复合材料表面的耐蚀膜的制备方法。
背景技术
金属基复合材料具有高比强度、比模量、耐高温、热膨胀系数小等优良力学及物理性能，作为新型材料近年来得到迅猛发展。金属基复合材料的力学性能一般比基体金属高，热膨胀系数比基体金属小、导热率较高、以及所有性能均可在一定范围内进行设计等特点，并具有一定的二次加工性能，随着这种材料应用范围的扩大，对金属基复合材料的耐蚀性能方面的要求也越来越高。目前提高金属基复合材料耐蚀性的方法中最普遍应用的是在其表面制备耐蚀膜，主要包括阳极氧化法、化学转化膜法。阳极氧化法需利用材料表面的导电性形成膜层，而金属基复合材料由于增强体存在，会因基体与增强体导电性不同而导致复合材料表面膜层不够均匀；化学转化膜在复合材料表面成膜是遵循“微阴极成膜机理”的规律，其成膜过程需利用材料表面不均匀性(形成微阴极和微阳极)，膜层也必然不均匀。
发明内容
本发明为了解决现有方法制备的金属基复合材料表面耐蚀膜不均匀的问题，而提供一种制备金属基复合材料表面的稀土耐蚀膜的方法。
本发明的金属基复合材料表面的稀土耐蚀膜按以下步骤进行制备：一、金属基复合材料的预处理：将金属基复合材料的表面进行除尘、除油、抛光、洗净后备用；二、配制溶胶：将溶胶稀土盐溶于溶剂中，形成浓度为10～30g/L稀土盐溶胶，将预处理过的金属基复合材料放入稀土盐溶胶中浸泡20～40分钟；三、将金属基复合材料从稀土盐溶胶中取出，在空气中自然晾干后，在200～500℃的条件下使溶胶分解、缩聚反应20～60分钟，形成凝胶膜层沉积在金属基复合材料表面；即得到金属基复合材料表面稀土耐蚀膜。
本发明的步骤二中的溶剂为乙醇、异丙醇、丙三醇或水；溶剂为水时，还要在稀土盐溶胶中加入柠檬酸作为络合剂促使在水介质中形成溶胶，柠檬酸在稀土盐溶胶中的浓度为40～60g/L，并用氢氧化铵溶液调节水溶液的pH值为6～8。
本发明中的溶胶稀土盐为硝酸铈、硝酸镧、硝酸钇、氯化铈、氯化镧中一种或其中几种的组合。
本发明还可以在步骤二的稀土盐溶胶中添加火棉胶和/或正硅酸乙酯；火棉胶在稀土盐溶胶中的浓度为30～90g/L，正硅酸乙酯在稀土盐溶胶中的浓度为8～12g/L；火棉胶能促进溶胶的形成，正硅酸乙酯能够调节溶胶成分，使最终膜层成分同时含有稀土和硅等元素，以改善膜层成分。
本发明中对金属基复合材料的表面的除尘、除油、抛光和洗净采用常规方法。本发明提供了一种溶胶凝胶膜层制备方法，本方法是针对金属基复合材料的多相表面特征而提出的，兼顾了金属基体和增强体不同的表面性质，使二者表面均有稀土膜层分布，从而提高金属基复合材料耐腐蚀的目的。本发明可以用于在多种不同的金属基复合材料表面形成富含稀土元素的溶胶凝胶膜，膜层制备简便，设备要求低，成膜均匀。本发明适用于多种金属基复合材料，所述的金属基复合材料基体是三维连续的，增强体在金属基体中弥散分布或连续分布均可，金属基复合材料基体可由铝、镁及其合金等组成，增强体可由硅的碳化物或氮化物、铝的氧化物或氮化物、金属硼化物、以及碳化硅、氧化铝纤维或碳化硅纤维等组成。
附图说明
图1碳纤维增强的铝基复合材料，图2为有稀土铈溶胶-凝胶耐蚀膜层覆盖的碳纤维增强的铝基复合材料。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的金属基复合材料表面稀土耐蚀膜按如下步骤进行制备：一、金属基复合材料的预处理：将金属基复合材料的表面进行除尘、除油、抛光、洗净后备用；二、配制溶胶：将溶胶稀土盐溶于溶剂中，形成浓度为10～30g/L稀土盐溶胶，将预处理过的金属基复合材料放入稀土盐溶胶中浸泡20～40分钟；三、将金属基复合材料从稀土盐溶胶中取出，在空气中自然晾干后，在200～500℃的条件下使溶胶分解、缩聚反应20～60分钟，形成凝胶膜层沉积在金属基复合材料表面；即得到金属基复合材料表面稀土耐蚀膜。
本实施方式适用于多种金属基复合材料制备表面的稀土耐蚀膜。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤二中的溶剂为乙醇、异丙醇、丙三醇或水。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二的不同点是：步骤二中溶剂为水时，还要在稀土盐溶胶中加入柠檬酸，柠檬酸在稀土盐溶胶中的浓度为40～60g/L，并用氢氧化铵溶液调节稀土盐溶胶的pH值为6～8。其它步骤及参数与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤二中的溶胶稀土盐为硝酸铈、硝酸镧、硝酸钇、氯化铈、氯化镧中一种或其中几种的组合。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
本实施方式中溶胶稀土盐为两种或两种以上物质组成时按任意比例混合。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤二中还在稀土盐溶胶中添加火棉胶和/或正硅酸乙酯；火棉胶在稀土盐溶胶中的浓度为30～90g/L，正硅酸乙酯在稀土盐溶胶中的浓度为8～12g/L。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤二中还在稀土盐溶胶中添加火棉胶和/或正硅酸乙酯；火棉胶在稀土盐溶胶中的浓度为60g/L，正硅酸乙酯在稀土盐溶胶中的浓度为10g/L。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤三中在240～460℃的条件下使溶胶分解、缩聚反应25～55分钟。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤三中在280～420℃的条件下使溶胶分解、缩聚反应30～50分钟。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤三中在320～380℃的条件下使溶胶分解、缩聚反应35～45分钟。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤三中在350℃的条件下使溶胶分解、缩聚反应40分钟。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤二中将溶胶稀土盐溶液溶于溶剂中，形成浓度为15～25g/L稀土盐溶胶，将预处理过的金属基复合材料放入稀土盐溶胶中浸泡24～36分钟。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤二中步骤二中将溶胶稀土盐溶液溶于溶剂中，形成浓度为18～22g/L稀土盐溶胶，将预处理过的金属基复合材料放入稀土盐溶胶中浸泡28～32分钟。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤二中将溶胶稀土盐溶液溶于溶剂中，形成浓度为20g/L稀土盐溶胶，将预处理过的金属基复合材料放入稀土盐溶胶中浸泡30分钟。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式十三：本实施方式的金属基复合材料表面稀土耐蚀膜按如下步骤进行制备：一、碳纤维增强体铝基复合材料的预处理：将碳纤维增强体铝基复合材料的表面进行除尘、除油、抛光、洗净后备用；二、配制溶胶：将硝酸铈溶于乙醇中，形成浓度为20g/L硝酸铈溶胶，在硝酸铈溶胶中添加火棉胶，火棉胶在硝酸铈溶胶中的浓度为60g/L，将预处理过的碳纤维增强体铝基复合材料放入硝酸铈溶胶中浸泡30分钟；三、将碳纤维增强体铝基复合材料从溶胶中取出，在空气中自然晾干后，在200℃的条件下使溶胶分解、缩聚反应30分钟，形成凝胶膜层沉积在金属基复合材料表面；即得到碳纤维增强体铝基复合材料表面稀土耐蚀膜。
说明书附图中的图1是没有膜层的碳纤维增强体铝基复合材料，图2是图1的材料表面的稀土铈溶胶-凝胶耐蚀膜，通过图1和图2对比看出本实施方式制得的金属基复合材料表面稀土耐蚀膜膜层均匀的分布在金属基体上和增强体上。

Claims (10)

1.一种制备金属基复合材料表面的稀土耐蚀膜的方法，其特征在于金属基复合材料表面的稀土耐蚀膜按如下步骤进行制备：一、金属基复合材料的预处理：将金属基复合材料的表面进行除尘、除油、抛光、洗净后备用；二、配制溶胶：将溶胶稀土盐溶于溶剂中，形成浓度为10～30g/L稀土盐溶胶，将预处理过的金属基复合材料放入稀土盐溶胶中浸泡20～40分钟；三、将金属基复合材料从稀土盐溶胶中取出，在空气中自然晾干后，在200～500℃的条件下使溶胶分解、缩聚反应20～60分钟，形成凝胶膜层沉积在金属基复合材料表面；即得到金属基复合材料表面稀土耐蚀膜。
2.根据权利要求1所述的一种制备金属基复合材料表面的稀土耐蚀膜的方法，其特征在于步骤二中的溶剂为乙醇、异丙醇、丙三醇或水。
3.根据权利要求2所述的一种制备金属基复合材料表面的稀土耐蚀膜的方法，其特征在于步骤二中溶剂为水时，还要在稀土盐溶胶中加入柠檬酸，柠檬酸在稀土盐溶胶中的浓度为40～60g/L，并用氢氧化铵溶液调节稀土盐溶胶的pH值为6～8。
4.根据权利要求1所述的一种制备金属基复合材料表面的稀土耐蚀膜的方法，其特征在于步骤二中的溶胶稀土盐为硝酸铈、硝酸镧、硝酸钇、氯化铈、氯化镧中一种或几种的组合。
5.根据权利要求1所述的一种制备金属基复合材料表面的稀土耐蚀膜的方法，其特征在于步骤三中在240～460℃的条件下使溶胶分解、缩聚反应25～55分钟。
6.根据权利要求1所述的一种制备金属基复合材料表面的稀土耐蚀膜的方法，其特征在于步骤三中在320～380℃的条件下使溶胶分解、缩聚反应35～45分钟。
7.根据权利要求1所述的一种制备金属基复合材料表面的稀土耐蚀膜的方法，其特征在于步骤三中在350℃的条件下使溶胶分解、缩聚反应40分钟。
8.根据权利要求1所述的一种制备金属基复合材料表面的稀土耐蚀膜的方法，其特征在于步骤二中将溶胶稀土盐溶于溶剂中，形成浓度为15～25g/L稀土盐溶胶，将预处理过的金属基复合材料放入稀土盐溶胶中浸泡24～36分钟。
9.根据权利要求1所述的一种制备金属基复合材料表面的稀土耐蚀膜的方法，其特征在于步骤二中还在稀土盐溶胶中添加火棉胶和/或正硅酸乙酯；火棉胶在稀土盐溶胶中的浓度为30～90g/L，正硅酸乙酯在稀土盐溶胶中的浓度为8～12g/L。
10.根据权利要求1所述的一种制备金属基复合材料表面的稀土耐蚀膜的方法，其特征在于步骤二中将溶胶稀土盐溶于溶剂中，形成浓度为20g/L稀土盐溶胶，将预处理过的金属基复合材料放入稀土盐溶胶中浸泡30分钟。
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