CN104611751A - 一种镁合金表面微弧氧化自组装复合膜层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种镁合金表面微弧氧化自组装复合膜层及其制备方法。该镁合金表面微弧氧化自组装复合膜层由微弧氧化膜和自组装膜构成。首先，对镁合金基体进行打磨、水洗、除油等预处理，然后，配置微弧氧化液，对预处理后的镁合金进行微弧氧化形成微弧氧化膜，最后将其浸入所配置的自组装溶液中进行浸渍处理形成自组装膜，取出烘干后得到镁合金防腐蚀复合膜层。本发明的复合膜层表面均匀平整，结合力好，具有一定的疏水性能，能够较好的提高镁合金的耐蚀性，制备工艺简单。

Description

一种镁合金表面微弧氧化自组装复合膜层及其制备方法
技术领域
本发明属于金属材料表面腐蚀与防护领域，特别涉及一种镁合金表面微弧氧化自组装复合膜层及其制备方法。
背景技术
镁合金由于自身具有许多优良的特性，在有色金属材料的开发和应用前途方面具有重要的意义。然而，因为金属镁的活泼性强，在很大程度上限制了它的工业应用。因此，改善镁合金的腐蚀防护性能是推动其应用的关键所在。
微弧氧化技术由于其独特的优点成为镁合金最有前景的表面处理技术之一。但是，由于所形成的氧化膜是一种微孔结构，其自身的防护能力有限。因此，发展基于微弧氧化的复合膜层技术，是提高镁合金腐蚀防护性能的必然趋势。自组装技术是将金属或金属氧化物浸入含活性分子的稀溶液中，通过化学键吸附在基片上形成具有高有序性和取向性、高密度堆积、低缺陷及结构稳定的膜层。由于其耐蚀性良好、操作简单、化学性质稳定等，近年来已成为界面科学、材料科学等许多领域的研究热点。在镁合金微弧氧化膜上制备自组装膜，利用自组装膜头基和尾基的定向排列以及键合作用，不仅对底层的微弧氧化膜起到了封孔作用，使所制备的复合膜层表面形貌均匀，而且能够提高膜层的疏水性能。
综合以上分析，本申请提出研究具有良好结合力和腐蚀防护性能的微弧氧化自组装复合膜层的制备实用技术。提高镁合金的耐腐蚀性能，解决限制镁合金应用的防护瓶颈问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种镁合金表面微弧氧化自组装复合膜层及其制备方法。
本发明的镁合金表面微弧氧化自组装复合膜层包括依次附着于镁合金表面的微弧氧化膜和自组装膜。制备该镁合金表面微弧氧化自组装复合膜层的具体步骤为：
(1) 将镁合金依次用600#、800#、1000#耐水磨砂纸逐级打磨，水洗，然后在碱性除油液中60~70℃下除油1~5分钟，再分别经热水和冷水洗，然后在无水乙醇中超声波清洗5~15分钟，再在去离子水中超声波清洗5~15分钟，冷风吹干备用；所述碱性除油液配方为：磷酸钠10~30g/L，氢氧化钠10~30g/L，碳酸钠30~50g/L。
(2) 将经步骤(1)处理后的镁合金放入微弧氧化电解液中作为阳极进行微弧氧化处理，阴极为不锈钢，采用脉冲微弧氧化方式，设置处理参数为：终止电压160~200伏特，氧化时间10~20分钟，脉冲频率50~200赫兹，占空比30~70%；所述微弧氧化电解液配方为：硅酸钠5~10g/L，氟化钠5~10g/L，氢氧化钠5~15g/L。
(3) 将经步骤(2)微弧氧化处理后的镁合金放入蒸馏水中进行超声波清洗5~10分钟，烘干后放入配置好的自组装溶液中，于30~60℃恒温浸泡10~240分钟，再于80℃进行固化1小时，即制得镁合金表面微弧氧化自组装复合膜层；所述自组装溶液的配制方法为：将甲醇、双-[3-(三乙氧基)硅丙基]四硫化物和蒸馏水按体积比为10:1:1进行混合，再使用乙酸调解pH为3~4，于40~60℃下搅拌3~5小时，之后静置1~5小时，即制得自组装溶液。
所述磷酸钠、碳酸钠、氢氧化钠、硅酸钠、氟化钠、甲醇、双-[3-(三乙氧基)硅丙基]四硫化物、乙酸和无水乙醇均为化学纯及以上纯度。
本发明的方法操作简单，所制备的复合膜层与基体结合牢固，具有低腐蚀电流密度，膜层表面均匀平整，而且具有一定的疏水性，能够较好的提高镁合金的耐蚀性。
附图说明
图1为本发明实施例制备的镁合金表面微弧氧化自组装复合膜层的SEM图。
具体实施方式
实施例：
(1) 将AZ91镁合金依次用600#、800#、1000#耐水磨砂纸逐级打磨，水洗，然后在碱性除油液中60℃下除油1分钟，再用热水和冷水分别清洗试样表面，然后在无水乙醇中超声波清洗5分钟，再在去离子水中超声波清洗5分钟，冷风吹干备用；所述碱性除油液配方为：磷酸钠20g/L，氢氧化钠20g/L，碳酸钠40g/L。
(2) 将经步骤(1)处理后的AZ91镁合金放入微弧氧化电解液中作为阳极进行微弧氧化处理，阴极为不锈钢，采用脉冲微弧氧化方式，设置处理参数为：终止电压180伏特，氧化时间10分钟，脉冲频率50赫兹，占空比30%；所述微弧氧化电解液配方为：硅酸钠5g/L，氟化钠8g/L，氢氧化钠10g/L。
(3) 将经步骤(2)微弧氧化处理后的AZ91镁合金放入蒸馏水中进行超声波清洗5分钟，烘干后放入配置好的自组装溶液中，于50℃恒温浸泡40分钟，再于80℃进行固化1小时，即制得镁合金表面微弧氧化自组装复合膜层；所述自组装溶液的配制方法为：将甲醇、双-[3-(三乙氧基)硅丙基]四硫化物和蒸馏水按10:1:1的体积比进行混合，再使用乙酸调解pH为3.5，于50℃下搅拌4小时，之后静置2小时，即制得自组装溶液。
所述磷酸钠、碳酸钠、氢氧化钠、硅酸钠、氟化钠、甲醇、双-[3-(三乙氧基)硅丙基]四硫化物、乙酸和无水乙醇均为化学纯。
本实施例制得的镁合金表面微弧氧化自组装复合膜层通过SEM表征表明，底层微弧氧化膜的微孔已基本被完全封闭，整个涂层均匀平整，没有明显缺陷。
交流阻抗也是腐蚀科学中常用的电化学手段之一。对本实施例制得的镁合金表面微弧氧化自组装复合膜层样品进行电化学耐腐蚀性能测试，采用三电极体系，具有复合膜层的镁合金样品为工作电极，铂电极为辅助电极， 饱和甘汞电极(SCE)为参比电极，质量百分比浓度为3.5%的NaCl溶液为腐蚀介质。镁合金在腐蚀介质中暴露的有效面积均为1 cm2。对其进行交流阻抗测试得到结果如表1。
表1  不同样品在3.5%(w)NaCl水溶液中的阻抗值
样品种类 |Z| / Ω·cm2
镁合金基体 5.44×102
微弧氧化膜层样品 9.05×104
本实施例制得的复合膜层样品 4.29×105
从表1中能看出，本实施例所获得的复合膜层的阻抗值为4.29×105 Ω·cm-2，要比镁合金基体的5.44×102 Ω·cm-2，增大3个数量级；比微弧氧化膜样品的9.05×104 Ω·cm-2，也增大1个数量级，提高了镁合金的耐腐蚀性能。另外，对本实施例制得的复合膜层的水接触角采用XG-CAM接触角测试仪进行了测试，实施例所制备的镁合金复合膜表面的水接触角为90.41°，具有一定的疏水性。

Claims (2)

1.一种镁合金表面微弧氧化自组装复合膜层，其特征在于：该镁合金表面微弧氧化自组装复合膜层包括依次附着于镁合金表面的微弧氧化膜和自组装膜。
2.一种如权利要求1所述的镁合金表面微弧氧化自组装复合膜层的制备方法，其特征在于具体步骤为：
(1) 将镁合金依次用600#、800#、1000#耐水磨砂纸逐级打磨，水洗，然后在碱性除油液中60~70℃下除油1~5分钟，再分别经热水和冷水洗，然后在无水乙醇中超声波清洗5~15分钟，再在去离子水中超声波清洗5~15分钟，冷风吹干备用；所述碱性除油液配方为：磷酸钠10~30g/L，氢氧化钠10~30g/L，碳酸钠30~50g/L；
(2) 将经步骤(1)处理后的镁合金放入微弧氧化电解液中作为阳极进行微弧氧化处理，阴极为不锈钢，采用脉冲微弧氧化方式，设置处理参数为：终止电压160~200伏特，氧化时间10~20分钟，脉冲频率50~200赫兹，占空比30~70%；所述微弧氧化电解液配方为：硅酸钠5~10g/L，氟化钠5~10g/L，氢氧化钠5~15g/L；
(3) 将经步骤(2)微弧氧化处理后的镁合金放入蒸馏水中进行超声波清洗5~10分钟，烘干后放入配置好的自组装溶液中，于30~60℃恒温浸泡10~240分钟，再于80℃进行固化1小时，即制得镁合金表面微弧氧化自组装复合膜层；所述自组装溶液的配制方法为：将甲醇、双-[3-(三乙氧基)硅丙基]四硫化物和蒸馏水按体积比为10:1:1进行混合，再使用乙酸调解pH为3~4，于40~60℃下搅拌3~5小时，之后静置1~5小时，即制得自组装溶液；
所述磷酸钠、碳酸钠、氢氧化钠、硅酸钠、氟化钠、甲醇、双-[3-(三乙氧基)硅丙基]四硫化物、乙酸和无水乙醇均为化学纯及以上纯度。
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