CN106756944A - 一种用于镁合金表面处理的杂化聚吡咯纳米线‑钼酸盐转化液及其使用方法 - Google Patents

一种用于镁合金表面处理的杂化聚吡咯纳米线‑钼酸盐转化液及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于镁合金表面处理的杂化聚吡咯纳米线‑钼酸盐转化液，该转化液选用钼酸钠作为主要成膜剂，并佐以氯化钠、柠檬酸钠、聚乙烯吡咯烷酮等助剂，加入的杂化聚吡咯纳米线是以植酸、2‑丙烯酰胺‑2‑甲基苯磺酸复合作为掺杂酸、聚乙烯醇作为保护剂制备得到，这种杂化纳米线具有导电、防腐等功效，在溶液中具有良好的稳定性，其独特的一维线状结构较之传统的纳米粒子在金属表面更易形成均匀致密的涂层，进而获得更为长效的防护效果，其与钼酸钠转化膜协同作用，不仅提高了镁合金表面的防腐蚀能力，同时不影响其导电性，疏水性也得到提高。

Description

一种用于镁合金表面处理的杂化聚吡咯纳米线-钼酸盐转化 液及其使用方法
技术领域
本发明涉及镁合金表面处理技术领域，尤其涉及一种用于镁合金表面处理的杂化聚吡咯纳米线-钼酸盐转化液及其使用方法。
背景技术
镁合金是一种轻量化、高强度的金属材料，同等强度的产品重量甚至可以比塑胶还要轻，其承受冲击载荷的能力比铝合金大，同时镁合金还具有加工性能好、散热快、抗震、防电磁波、可回收利用等优点在航空航天、3C产品、运动器材等领域被广泛应用，尤其是近年来3C产品逐渐向轻薄短小方向发展，使得高性能的镁合金更受到制造商的青睐。
虽然镁合金具备上述优点，但是由于镁及其合金化学活性高，其氧化膜疏松多孔，导致材料表面抗腐蚀性能差，环境适应性差，限制着镁合金的使用。为了改善这些缺点，工业应用中常采用表面防护技术对镁合金进行表面处理，其中化学转化处理是最快捷、有效、经济的一种处理方式，不仅可以提高合金抗腐蚀能力，还合金表面进一步防护处理打下了良好的基础。目前镁合金常用的化学处理液主要有铬酸盐、高锰酸盐、磷酸盐、高锰酸盐-磷酸盐等溶液体系，其中铬酸盐转化膜的工艺最为成熟，但是六价铬是高致癌物质，目前已禁止使用，其它类的处理液虽然在一定程度上更为环保，但是形成的转化膜均存在耐腐蚀性较差、膜层易产生裂纹等问题，难以满足工程需求。为了改善化学转化膜存在的这些缺陷，研究者们通过在转化液中添加纳米粒子可以明显的改善转化膜的微观结构，如《纳米硬质相对化学转化膜微观结构的影响》一文的研究结果表明纳米Al2O3、纳米SiO2的添加可有效的提高转化膜晶粒数量，提高转化膜的致密度，获得更高的耐蚀性，但是提高纳米粉体在转化液中的分散性仍是较难克服的问题，对工艺操作要求很高，应用受限。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种用于镁合金表面处理的杂化聚吡咯纳米线-钼酸盐转化液及其使用方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种用于镁合金表面处理的杂化聚吡咯纳米线-钼酸盐转化液，该转化液由以下重量份的原料配制而成：钼酸钠30-50、氯化钠2-5、柠檬酸钠4-6、十二烷基苯磺酸钠1-2、聚乙烯吡咯烷酮1-2、植酸掺杂聚吡咯纳米线3-5、去离子水适量、冰醋酸适量。
所述的杂化聚吡咯纳米线的制备方法为：依次将聚乙烯醇、十六烷基三甲基溴化铵、植酸、2-丙烯酰胺-2-甲基苯磺酸、吡咯单体以及去离子水按照10：1:1:2:1:500的摩尔比投入反应容器中，在12-15℃条件下搅拌反应2-3h，随后滴加与吡咯等摩尔的过硫酸铵配制的水溶液，搅拌均匀后在12-15℃条件下继续恒温反应2-3h，反应结束后体系抽滤，所得产物经乙醇和去离子水反复洗涤后室温真空干燥，即得所述的植酸掺杂聚吡咯纳米线。
所述的杂化聚吡咯纳米线直径为20-50nm，长度为1-10μm。
所述的转化液由以下步骤制备得到：
（1）将钼酸钠与少量的去离子水混合，搅拌使其完全溶解，所得溶液备用；
（2）将氯化钠与少量的去离子水混合，搅拌使其完全溶解，所得溶液备用；
（3）将柠檬酸钠与少量的去离子水混合，搅拌使其完全溶解，所得溶液备用；
（4）取30-50重量份去离子水与十二烷基苯磺酸钠混合，搅拌均匀后加入植酸掺杂聚吡咯纳米线，超声分散均匀后备用；
（5）将聚乙烯吡咯烷酮与适量的去离子水混合，搅拌使其完全溶解，所得溶液备用；
（6）将步骤（1）至步骤（5）制备的溶液混合均匀后加入去离子水调节至体系中钼酸钠浓度为15-30g/L，再用冰醋酸调节体系pH值为3.5-4，即得所述的转化液。
所述的一种用于镁合金表面处理的杂化聚吡咯纳米线-钼酸盐转化液的使用方法包括以下步骤：
（1）将镁合金表面经除油、水漂洗、酸侵蚀、水漂洗、碱活化、水漂洗等步骤后自然晾干备用；
（2）将预处理后的镁合金浸泡于温度为60-65℃的植酸掺杂聚吡咯纳米线-钼酸盐转化液中反应20-30min后取出，再用水冲洗工件，自然晾干即可。
本发明选用钼酸钠作为主要成膜剂，并佐以氯化钠、柠檬酸钠、聚乙烯吡咯烷酮等助剂，使得该转化液具有成膜速度快、相容性好、环保低毒等优点，加入的杂化聚吡咯纳米线是以植酸、2-丙烯酰胺-2-甲基苯磺酸复合作为掺杂酸、聚乙烯醇作为保护剂制备得到，这种杂化纳米线具有导电、防腐等功效，在溶液中具有良好的稳定性，其独特的一维线状结构较之传统的纳米粒子在金属表面更易形成均匀致密的涂层，进而获得更为长效的防护效果，其与钼酸钠转化膜协同作用，不仅提高了镁合金表面的防腐蚀能力，同时不影响其导电性，疏水性也得到提高。
具体实施方式
一种用于镁合金表面处理的杂化聚吡咯纳米线钼酸盐转化液，该转化液由以下重量份的原料配制而成：钼酸钠30、氯化钠2、柠檬酸钠4、十二烷基苯磺酸钠1、聚乙烯吡咯烷酮1、植酸掺杂聚吡咯纳米线3、去离子水适量、冰醋酸适量。
其中杂化聚吡咯纳米线的制备方法为：依次将聚乙烯醇、十六烷基三甲基溴化铵、植酸、2-丙烯酰胺-2-甲基苯磺酸、吡咯单体以及去离子水按照10：1:1:2:1:500的摩尔比投入反应容器中，在12℃条件下搅拌反应3h，随后滴加与吡咯等摩尔的过硫酸铵配制的水溶液，搅拌均匀后在12℃条件下继续恒温反应3h，反应结束后体系抽滤，所得产物经乙醇和去离子水反复洗涤后室温真空干燥，即得所述的植酸掺杂聚吡咯纳米线。
所得的杂化聚吡咯纳米线直径为20nm，长度为5μm。
该转化液由以下步骤制备得到：
（1）将钼酸钠与少量的去离子水混合，搅拌使其完全溶解，所得溶液备用；
（2）将氯化钠与少量的去离子水混合，搅拌使其完全溶解，所得溶液备用；
（3）将柠檬酸钠与少量的去离子水混合，搅拌使其完全溶解，所得溶液备用；
（4）取30重量份去离子水与十二烷基苯磺酸钠混合，搅拌均匀后加入植酸掺杂聚吡咯纳米线，超声分散均匀后备用；
（5）将聚乙烯吡咯烷酮与适量的去离子水混合，搅拌使其完全溶解，所得溶液备用；
（6）将步骤（1）至步骤（5）制备的溶液混合均匀后加入去离子水调节至体系中钼酸钠浓度为15g/L，再用冰醋酸调节体系pH值为3.5，即得所述的转化液。
该转化液的使用方法包括以下步骤：
（1）将镁合金表面经除油、水漂洗、酸侵蚀、水漂洗、碱活化、水漂洗等步骤后自然晾干备用；
（2）将预处理后的镁合金试样浸泡于60℃的植酸掺杂聚吡咯纳米线钼酸盐转化液中反应20min后取出，再用水冲洗工件，自然晾干即可。
对镁合金试样表面的转化膜进行性能测试，测试结果为：
形貌:宏观为灰黑色，成膜均匀平整，微观结果为立体网状结果，有轻微裂纹，膜厚6.2μm。
耐腐蚀性：将未经处理的镁合金基体与试样分别盐雾试验和湿热试验，结果如下：
项目 盐雾试验 湿热试验
基体 8h后全面腐蚀，产生大量腐蚀物 24h后表面变色、出现大量气泡
试样 52h后表面出现腐蚀斑点 182h后表面轻微变色，少量气泡

Claims (5)

1.一种用于镁合金表面处理的杂化聚吡咯纳米线-钼酸盐转化液，其特征在于，该转化液由以下重量份的原料配制而成：钼酸钠30-50、氯化钠2-5、柠檬酸钠4-6、十二烷基苯磺酸钠1-2、聚乙烯吡咯烷酮1-2、植酸掺杂聚吡咯纳米线3-5、去离子水适量、冰醋酸适量。
2.如权利要求1所述的一种用于镁合金表面处理的杂化聚吡咯纳米线-钼酸盐转化液，其特征在于，所述的杂化聚吡咯纳米线的制备方法为：依次将聚乙烯醇、十六烷基三甲基溴化铵、植酸、2-丙烯酰胺-2-甲基苯磺酸、吡咯单体以及去离子水按照10：1:1:2:1:500的摩尔比投入反应容器中，在12-15℃条件下搅拌反应2-3h，随后滴加与吡咯等摩尔的过硫酸铵配制的水溶液，搅拌均匀后在12-15℃条件下继续恒温反应2-3h，反应结束后体系抽滤，所得产物经乙醇和去离子水反复洗涤后室温真空干燥，即得所述的植酸掺杂聚吡咯纳米线。
3.如权利要求1或2所述的一种用于镁合金表面处理的杂化聚吡咯纳米线-钼酸盐转化液，其特征在于，所述的杂化聚吡咯纳米线直径为20-50nm，长度为1-10μm。
4.如权利要求1或2或3所述的一种用于镁合金表面处理的杂化聚吡咯纳米线-钼酸盐转化液，其特征在于，所述的转化液由以下步骤制备得到：
（1）将钼酸钠与少量的去离子水混合，搅拌使其完全溶解，所得溶液备用；
（2）将氯化钠与少量的去离子水混合，搅拌使其完全溶解，所得溶液备用；
（3）将柠檬酸钠与少量的去离子水混合，搅拌使其完全溶解，所得溶液备用；
（4）取30-50重量份去离子水与十二烷基苯磺酸钠混合，搅拌均匀后加入植酸掺杂聚吡咯纳米线，超声分散均匀后备用；
（5）将聚乙烯吡咯烷酮与适量的去离子水混合，搅拌使其完全溶解，所得溶液备用；
（6）将步骤（1）至步骤（5）制备的溶液混合均匀后加入去离子水调节至体系中钼酸钠浓度为15-30g/L，再用冰醋酸调节体系pH值为3.5-4，即得所述的转化液。
5.如权利要求1至4所述的一种用于镁合金表面处理的杂化聚吡咯纳米线-钼酸盐转化液的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将镁合金表面经除油、水漂洗、酸侵蚀、水漂洗、碱活化、水漂洗等步骤后自然晾干备用；
（2）将预处理后的镁合金浸泡于温度为60-65℃的植酸掺杂聚吡咯纳米线-钼酸盐转化液中反应20-30min后取出，再用水冲洗工件，自然晾干即可。
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