CN106756954A - 一种用于镁合金表面处理的聚苯胺纳米纤维‑锆钛盐转化液及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于镁合金表面处理的聚苯胺纳米纤维‑锆钛盐转化液，该转化液选用锆盐和钛盐作为主要成膜剂，佐以抗坏血酸钠、单宁酸、氯化钠等助剂，并在此基础上加入了经氧化石墨烯掺杂的聚苯胺纳米纤维，这种聚苯胺纳米纤维具有良好的亲水、防腐性能，在溶液中具有良好的分散性，同时其独特的纳米纤维状结构可形成交错致密的膜层，改善传统纳米粒子分布不均的想象，从而获得更为持久长效的防护效果。本发明制备的转化液形成的转化膜兼具钛锆盐膜层和有机聚苯胺膜层的优点，在镁合金表面可快速形成分布均匀、结构致密的防护膜，同时具有良好的电学、光学、力学性能，显著的改善了镁合金的表面性能。
Description
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聚苯胺纳米纤维-锆钛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聚苯胺纳米纤维-锆钛盐转化液及其使用方法，利用聚苯胺纳米纤维的掺杂来改善传统锆钛盐转化膜的性能。
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聚苯胺纳米纤维-锆钛盐转化液，该转化液由以下重量份的原料配制而成：钛盐40-50、锆盐20-30、抗坏血酸钠3-5、单宁酸1-2、氯化钠1-2、聚苯胺纳米纤维5-10、十二烷基苯磺酸钠1-2、聚乙烯吡咯烷酮1-2、聚醚改性硅油、去离子水适量、冰醋酸适量。
所述的钛盐为四氯化钛、硫酸钛、硫酸氧钛、草酸钛钾、氟钛酸钾、氟钛酸铵中的一种。
所述的锆盐为氧氯化锆、硫酸锆、硫酸氧锆、硝酸锆、硝酸氧锆、氟锆酸铵、氟锆酸钾、碳酸锆、乙酸锆中的一种。
所述的聚苯胺纳米纤维由以下步骤制得：
（1）将三氯化铁投入1mol/L的氨基磺酸水溶液中，搅拌使其完全溶解得混合溶液备用，其中三氯化铁的浓度为0.02mol/L；
（2）将苯胺单体投入2-3mol/L的氨基磺酸水溶液中，搅拌至其完全溶解，混合溶液中苯胺浓度为0.5-1.0mol/L，随后加入氧化石墨烯，继续搅拌混合均匀后滴加步骤（1）制备的溶液，滴加完毕后继续搅拌混合3-5min，然后体系静置3-5d后过滤，所得产物经醇洗、水洗后烘干，即得所述的聚苯胺纳米纤维。
所述的转化液由以下步骤制备得到：
（1）将锆盐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）将钛盐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）将抗坏血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，搅拌均匀后加入聚苯胺纳米纤维，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）制备的物料以及单宁酸、聚醚改性硅油混合均匀后加入去离子水调节至体系中钛盐浓度为20-30g/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聚苯胺纳米纤维-锆钛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℃的聚苯胺纳米纤维-锆钛盐转化液中反应12-18min后取出，再用水冲洗工件，自然晾干即可。
本发明选用锆盐和钛盐作为主要成膜剂，佐以抗坏血酸钠、单宁酸、氯化钠等助剂，并在此基础上加入了经氧化石墨烯掺杂的聚苯胺纳米纤维，这种聚苯胺纳米纤维具有良好的亲水、防腐性能，在溶液中具有良好的分散性，同时其独特的纳米纤维状结构可形成交错致密的膜层，改善传统纳米粒子分布不均的想象，从而获得更为持久长效的防护效果。本发明制备的转化液形成的转化膜兼具钛锆盐膜层和有机聚苯胺膜层的优点，在镁合金表面可快速形成分布均匀、结构致密的防护膜，同时具有良好的电学、光学、力学性能，显著的改善了镁合金的表面性能。
具体实施方式
一种用于镁合金表面处理的聚苯胺纳米纤维锆钛盐转化液，该转化液由以下重量份的原料配制而成：硫酸钛40、硫酸锆20、抗坏血酸钠3、单宁酸1、氯化钠1、聚苯胺纳米纤维5、十二烷基苯磺酸钠1、聚乙烯吡咯烷酮1、聚醚改性硅油、去离子水适量、冰醋酸适量。
其中聚苯胺纳米纤维由以下步骤制得：
（1）将三氯化铁投入1mol/L的氨基磺酸水溶液中，搅拌使其完全溶解得混合溶液备用，其中三氯化铁的浓度为0.02mol/L；
（2）将苯胺单体投入2mol/L的氨基磺酸水溶液中，搅拌至其完全溶解，混合溶液中苯胺浓度为0.5mol/L，随后加入氧化石墨烯，继续搅拌混合均匀后滴加步骤（1）制备的溶液，滴加完毕后继续搅拌混合3min，然后体系静置3d后过滤，所得产物经醇洗、水洗后烘干，即得所述的聚苯胺纳米纤维。
该转化液由以下步骤制备得到：
（1）将硫酸锆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）将硫酸钛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）将抗坏血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，搅拌均匀后加入聚苯胺纳米纤维，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）制备的物料以及单宁酸、聚醚改性硅油混合均匀后加入去离子水调节至体系中钛盐浓度为20g/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温度为60℃的聚苯胺纳米纤维锆钛盐转化液中反应18min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6.5μm。
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 | 55h后表面出现腐蚀斑点 | 188h后表面轻微变色，少量气泡 |
Claims (6)
1.一种用于镁合金表面处理的聚苯胺纳米纤维-锆钛盐转化液，其特征在于，该转化液由以下重量份的原料配制而成：钛盐40-50、锆盐20-30、抗坏血酸钠3-5、单宁酸1-2、氯化钠1-2、聚苯胺纳米纤维5-10、十二烷基苯磺酸钠1-2、聚乙烯吡咯烷酮1-2、聚醚改性硅油、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聚苯胺纳米纤维-锆钛盐转化液，其特征在于，所述的钛盐为四氯化钛、硫酸钛、硫酸氧钛、草酸钛钾、氟钛酸钾、氟钛酸铵中的一种。
3.如权利要求1所述的一种用于镁合金表面处理的聚苯胺纳米纤维-锆钛盐转化液，其特征在于，所述的锆盐为氧氯化锆、硫酸锆、硫酸氧锆、硝酸锆、硝酸氧锆、氟锆酸铵、氟锆酸钾、碳酸锆、乙酸锆中的一种。
4.如权利要求1所述的一种用于镁合金表面处理的聚苯胺纳米纤维-锆钛盐转化液，其特征在于，所述的聚苯胺纳米纤维由以下步骤制得：
（1）将三氯化铁投入1mol/L的氨基磺酸水溶液中，搅拌使其完全溶解得混合溶液备用，其中三氯化铁的浓度为0.02mol/L；
（2）将苯胺单体投入2-3mol/L的氨基磺酸水溶液中，搅拌至其完全溶解，混合溶液中苯胺浓度为0.5-1.0mol/L，随后加入氧化石墨烯，继续搅拌混合均匀后滴加步骤（1）制备的溶液，滴加完毕后继续搅拌混合3-5min，然后体系静置3-5d后过滤，所得产物经醇洗、水洗后烘干，即得所述的聚苯胺纳米纤维。
5.如权利要求1至4所述的一种用于镁合金表面处理的聚苯胺纳米纤维-锆钛盐转化液，其特征在于，所述的转化液由以下步骤制备得到：
（1）将锆盐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）将钛盐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）将抗坏血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，搅拌均匀后加入聚苯胺纳米纤维，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）制备的物料以及单宁酸、聚醚改性硅油混合均匀后加入去离子水调节至体系中钛盐浓度为20-30g/L，再用冰醋酸调节体系pH值为3.5-4，即得所述的转化液。
6.如权利要求1至5所述的一种用于镁合金表面处理的聚苯胺纳米纤维-锆钛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℃的聚苯胺纳米纤维-锆钛盐转化液中反应12-18min后取出，再用水冲洗工件，自然晾干即可。
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