CN109487258A - 一种通过低温等离子体制备的镁锂合金高耐蚀无机膜层及方法 - Google Patents

一种通过低温等离子体制备的镁锂合金高耐蚀无机膜层及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种通过低温等离子体制备的镁锂合金高耐蚀无机膜层及方法，首先将镁锂合金打磨后在丙酮中超声波震洗，得到震洗样品；其次将震洗样品放入氢氧化钠溶液中进行预处理，使镁锂合金表面获得氢氧化物膜层，得到预处理样品；然后将预处理样品采用低温等离子体处理，在镁锂合金表面得到黑色致密的膜层，得到转化处理样品；最后将经转化处理样品用酒精进行超声清洗，然后于空气中干燥，即得到镁锂合金高耐蚀无机膜层。本发明工艺简单高效，环保无毒且可以显著提高镁锂合金耐蚀性，不但可以为金属表面防护提供新的思路和手段，还能够极大推动镁锂合金的应用。

Description

一种通过低温等离子体制备的镁锂合金高耐蚀无机膜层及 方法
技术领域
本发明属于材料腐蚀与防护领域，具体涉及一种通过低温等离子体制备的镁锂合金高耐蚀无机膜层及方法。
背景技术
镁锂合金是目前最轻的结构材料，在航空航天、电子、交通运输等领域都有极大的潜在应用前景，但较差的耐蚀性一直是严重制约镁锂合金应用的关键因素，而表面处理技术是当前提高镁合金耐蚀性的主要方法。由于镁锂合金不同于普通合金，乃至普通镁合金的特性与结构，常见的表面防护手段如化学转化法、阳极氧化法、微弧氧化等技术在用于提高镁锂合金耐蚀性时存在这样或那样问题。比如普通的化学转化法虽然工序简单、适用性强，但很难用于镁锂合金的表面处理。阳极氧化/微弧氧化虽然可以得到较为耐蚀的陶瓷膜层，但是膜层孔隙较多、与基体机械结合性不好并且难以处理形状复杂的结构件。因此如何有效提高镁锂合金耐蚀性仍然一直困扰着人们。氢氧化物极易形成于镁合金表面，但由于其疏松且活泼性质，使得这种极易形成于镁锂合金表面的膜层并不具备提高镁锂合金耐蚀性的能力，并且由于其易于产生点蚀，反而甚至还会加速镁锂合金的腐蚀，目前尚缺乏大幅度提高镁锂合金耐蚀性的高效手段，因此，开发一种简单高效且环保的镁锂合金表面处理方法是非常迫切的。
发明内容
本发明提供一种通过低温等离子体制备的镁锂合金高耐蚀无机膜层及方法，针对以往表面处理方法效果不佳、镀液有毒、成本高昂、工序复杂等缺点，本发明工艺简单高效，环保无毒且可以显著提高镁锂合金耐蚀性，不但可以为金属表面防护提供新的思路和手段，还能够极大推动镁锂合金的应用。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种通过低温等离子体制备镁锂合金高耐蚀无机膜层的方法，包括以下步骤：
步骤一：将镁锂合金打磨后在丙酮中超声波震洗，得到震洗样品；
步骤二：将震洗样品放入氢氧化钠溶液中进行预处理，使镁锂合金表面获得氢氧化物膜层，得到预处理样品；
步骤三：将预处理样品采用低温等离子体处理，在镁锂合金表面得到黑色致密的膜层，得到转化处理样品；
步骤四：将经转化处理样品用酒精进行超声清洗，然后于空气中干燥，即得到镁锂合金高耐蚀无机膜层。
进一步地，步骤一中将镁锂合金打磨至2000-5000#砂纸，超声波震洗时功率为100w-300w，时间为10min-20min。
进一步地，步骤二中氢氧化钠溶液的质量浓度为10％-20％。
进一步地，步骤二中预处理温度为40-60℃，时间为25-35min。
进一步地，步骤三具体为将预处理样品放入双介质阻挡放电仪，通过介质阻挡放电仪产生低温等离子体处理样品。
进一步地，低温等离子体处理气氛为空气或二氧化碳。
进一步地，低温等离子体处理过程中，放电间隙为6-8mm，放电电压为30-70V，处理时间为2-4h。
进一步地，步骤四中超声清洗时功率为100w-300w，时间为10min-20min。
一种通过低温等离子体制备的镁锂合金高耐蚀无机膜层，采用上述的方法制备得到。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明通过使用低温等离子体处理镁锂合金表面形成的氢氧化物膜层，能够将原本保护性极弱的氢氧化物膜层转化为高耐蚀膜层，这种高耐蚀性是因为氢氧化物膜层经等离子体处理后转化为一种高耐蚀的新物质，这种新物质是氢氧化镁在等离子体诱导下掺杂了少量氢氧化锂后转变为一种特殊的晶体构型，这种新构型氢氧化镁完全克服了普通氢氧化镁耐蚀性差和过于活泼的缺点，且本发明方法简单高效，环保无毒且可以显著提高镁锂合金耐蚀性，不但可以为金属表面防护提供新的思路和手段，还能够极大推动镁锂合金的应用。
用本发明方法得到的表面膜层致密均匀，经过1000倍放大表面无明显裂纹或缺陷，经过介质阻挡放电处理，使前处理获得的低耐蚀性氢氧化物膜层表现出极佳的耐蚀性，与镁锂合金基体比较，在模拟海水浸泡两小时条件下，经本发明方法处理的镁锂合金阻抗从～200Ω提高到～5MΩ，腐蚀电流下降三个数量级，从10-4A/cm2下降到10-7A/cm2。
附图说明
图1为本发明实施例2制备的高耐蚀膜层1000倍的SEM照片；
图2为镁锂合金基体和本发明实施例2制备的高耐蚀膜层在模拟海水中浸泡1h后的Nyquist图。
具体实施方式
下面对本发明做进一步详细描述：
一种通过低温等离子体制备镁锂合金高耐蚀无机膜层的方法，将镁锂合金打磨至2000-5000#砂纸，在丙酮中超声波震洗，超声波震洗时功率为100w-300w，时间为10min-20min，然后在10wt.％-20wt.％的氢氧化钠溶液中进行预处理：浸泡25-35分钟，温度40-60℃。预处理使镁锂合金表面获得氢氧化物膜层。将预处理之后的样品放入双介质阻挡放电仪，通过介质阻挡放电仪产生低温等离子体处理样品。处理过程中，放电间隙为6–8mm，放电电压为30-70V，调频至中心频率，处理气氛为空气或二氧化碳。经过2-4h的低温等离子体处理后，表面得到黑色致密的膜层。最后将经转化处理的样品用酒精进行超声清洗，然后于空气中干燥。
下面结合实施例对本发明做进一步详细描述：
实施例1
一种通过低温等离子体制备镁锂合金高耐蚀无机膜层的方法，将镁锂合金打磨至2000#砂纸，在丙酮中以300W功率超声波震洗10min，然后在10wt.％的氢氧化钠溶液中进行预处理：浸泡35分钟，温度40℃。预处理使镁锂合金表面获得氢氧化物膜层。将预处理之后的样品放入双介质阻挡放电仪，通过介质阻挡放电仪产生低温等离子体处理样品。处理过程中，放电间隙为6mm，放电电压为30V，调频至中心频率，处理气氛为空气或二氧化碳。经过2h的低温等离子体处理后，表面得到黑色致密的膜层。最后将经转化处理的样品用酒精进行超声清洗，然后于空气中干燥，电化学测试得到阻抗约800KΩcm2。
实施例2
一种通过低温等离子体制备镁锂合金高耐蚀无机膜层的方法，将镁锂合金打磨至5000#砂纸，在丙酮中以150W功率超声波震洗15min，然后在20wt.％的氢氧化钠溶液中进行预处理：浸泡30分钟，温度60℃。预处理使镁锂合金表面获得氢氧化物膜层。将预处理之后的样品放入双介质阻挡放电仪，通过介质阻挡放电仪产生低温等离子体处理样品。处理过程中，放电间隙为8mm，放电电压为70V，调频至中心频率，处理气氛为空气或二氧化碳。经过4h的低温等离子体处理后，表面得到黑色致密的膜层。最后将经转化处理的样品用酒精进行超声清洗，然后于空气中干燥，电化学测试得到阻抗约1MΩcm2。
实施例3
一种通过低温等离子体制备镁锂合金高耐蚀无机膜层的方法，将镁锂合金打磨至3500#砂纸，在丙酮中以100W功率超声波震洗20min，然后在15wt.％的氢氧化钠溶液中进行预处理：浸泡25分钟，温度50℃。预处理使镁锂合金表面获得氢氧化物膜层。将预处理之后的样品放入双介质阻挡放电仪，通过介质阻挡放电仪产生低温等离子体处理样品。处理过程中，放电间隙为7mm，放电电压为50V，调频至中心频率，处理气氛为空气或二氧化碳。经过3h的低温等离子体处理后，表面得到黑色致密的膜层。最后将经转化处理的样品用酒精进行超声清洗，然后于空气中干燥，电化学测试得到阻抗约3MΩcm2。
从图1可以看出用本方法得到的表面膜层致密均匀，经过1000倍放大表面无明显裂纹或缺陷。经过介质阻挡放电处理，使前处理获得的低耐蚀性氢氧化物膜层表现出极佳的耐蚀性。从图2可以看出，与镁锂合金基体比较，在模拟海水浸泡两小时条件下，经本方法处理的镁锂合金阻抗从～200Ω提高到～5MΩ，腐蚀电流下降三个数量级，从10-4A/cm2下降到10-7A/cm2。

Claims (9)

1.一种通过低温等离子体制备镁锂合金高耐蚀无机膜层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将镁锂合金打磨后在丙酮中超声波震洗，得到震洗样品；
步骤二：将震洗样品放入氢氧化钠溶液中进行预处理，使镁锂合金表面获得氢氧化物膜层，得到预处理样品；
步骤三：将预处理样品采用低温等离子体处理，在镁锂合金表面得到黑色致密的膜层，得到转化处理样品；
步骤四：将经转化处理样品用酒精进行超声清洗，然后于空气中干燥，即得到镁锂合金高耐蚀无机膜层。
2.根据权利要求1所述的一种通过低温等离子体制备镁锂合金高耐蚀无机膜层的方法，其特征在于，步骤一中将镁锂合金打磨至2000-5000#砂纸，超声波震洗时功率为100w-300w，时间为10min-20min。
3.根据权利要求1所述的一种通过低温等离子体制备镁锂合金高耐蚀无机膜层的方法，其特征在于，步骤二中氢氧化钠溶液的质量浓度为10％-20％。
4.根据权利要求1所述的一种通过低温等离子体制备镁锂合金高耐蚀无机膜层的方法，其特征在于，步骤二中预处理温度为40-60℃，时间为25-35min。
5.根据权利要求1所述的一种通过低温等离子体制备镁锂合金高耐蚀无机膜层的方法，其特征在于，步骤三具体为将预处理样品放入双介质阻挡放电仪，通过介质阻挡放电仪产生低温等离子体处理样品。
6.根据权利要求5所述的一种通过低温等离子体制备镁锂合金高耐蚀无机膜层的方法，其特征在于，低温等离子体处理气氛为空气或二氧化碳。
7.根据权利要求5所述的一种通过低温等离子体制备镁锂合金高耐蚀无机膜层的方法，其特征在于，低温等离子体处理过程中，放电间隙为6-8mm，放电电压为30-70V，处理时间为2-4h。
8.根据权利要求1所述的一种通过低温等离子体制备镁锂合金高耐蚀无机膜层的方法，其特征在于，步骤四中超声清洗时功率为100w-300w，时间为10min-20min。
9.一种通过低温等离子体制备的镁锂合金高耐蚀无机膜层，采用权利要求1至8任一项所述的方法制备得到。
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