一种镁合金表面超疏水耐蚀膜层的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种镁合金表面超疏水耐蚀膜层的制备方法，属于金属材料表面改性 领域。
【背景技术】
[0002] 镁合金是工业应用中最轻的金属工程材料，其密度仅为铝的2/3、铁的1/4,具有高 的比强度和比刚度，优良的阻尼减震与电磁屏蔽性能，良好的散热性、导电性，加工成型方 便、易于循环利用及储量丰富等优点。因此，在汽车、电子、生物医学、国防以及航天航空等 领域的应用日益增多，被誉为21世纪绿色工程金属结构材料。然而，镁合金同时也存在着耐 蚀性差、耐磨性差、易燃、室温塑性变形困难等缺点，特别是耐蚀性差的缺点很大程度上制 约了镁合金性能优势的发挥和推广应用。
[0003] 镁合金防腐性能的提高主要从两个方面着手，一方面是在镁合金铸造过程中调整 其内部成分及组织结构，如降低杂质含量，添加合金元素，改变表面组织结构。另一方面是 对镁合金进行表面改性，在镁合金表面构筑有效的保护膜，抑制和缓解镁合金材料的腐蚀， 以改善镁合金耐蚀性能。相比较于成分或结构调控，进行表面处理能够在保持镁合金原有 优良特性的同时更有效地提高其耐蚀性能，是较有效而简便的方法。目前，主要常见的镁合 金材料表面处理方法有化学氧化法、阳极氧化法、离子注入技术，激光表面改性技术、物理 气相沉积技术、金属涂层、有机物涂层等。这些方法可以改善镁合金的耐蚀性，但是都存在 不同程度的不足。近些年来，在自然界动植物表面超疏水现象的启发下，越来越多的科研工 作者致力于镁合金表面超疏水膜层的制备与研究。金属发生腐蚀时，大部分情况都是因为 其表面存在水或者电解质溶液。在镁合金的表面制备超疏水膜层，一方面能够有效地降低 电解质溶液与基体材料直接接触从而减低金属腐蚀速率;另一方面能够使镁合金表面具有 自清洁的能力，有很好的实用前景。
[0004] 虽然目前有一些在镁合金表面制备耐蚀超疏水膜层的方法，如等离子技术、化学 蚀刻、微弧氧化、化学转化等，但现阶段用于表面修饰的含氟硅烷的物质价格昂贵，而且有 的方法对实验设备要求很高。
【发明内容】
[0005] 本发明旨在提供一种镁合金表面超疏水耐蚀膜层的制备方法，该方法所用设备简 单、原料成本低、处理过程易于实现，且可在不修饰低表面能物质的条件下一步制备出超疏 水耐蚀膜层。
[0006] 本发明采用水热法制备超疏水耐蚀膜层，通过调节pH值、加入十二烷基硫酸钠、改 变水热反应温度及保温时间等条件调控膜层结构，进而改进其疏水性，提高镁合金耐腐蚀 性能。
[0007] 本发明提供的一种镁合金表面超疏水耐蚀膜层的制备方法，在得到新鲜无氧化、 无油脂的裸露镁合金基底后用醋酸进行酸洗，然后进行水热处理，最后进行干燥处理，具体 步骤如下： 1) 将镁合金块用320目、600目、1200目的碳化硅砂纸依次打磨以除去表层的氧化物和 其它杂质，然后将其依次放在去离子水和无水乙醇中分别超声清洗5~15min，以达到脱脂去 污的效果； 2) 将步骤1)处理得到的镁合金试样的醋酸溶液中清洗，然后用无水乙醇清洗并干燥； 3) 将步骤2)处理得到的镁合金试样放入含十二烷基硫酸钠和NaOH混合水溶液的水热 反应釜中，水热反应的温度为160°C，反应时间为4~6h;经水热反应制备超疏水膜层； 所述水热反应釜中溶液的填充度为40%-70%，是占总体积的百分比，即溶液的量占水热 反应釜总体积的40%-70%。设置水热反应釜中溶液的填充度，是因为溶液的多少影响反应时 候内部的压力从而影响制备的效果。
[0008] 4)将步骤3)处理得到的镁合金试样放入干燥箱内进行干燥处理。
[0009] 上述方案中，所述步骤1)中镁合金为Mg-Mn系、Mg-Al-Zn系、Mg-Zn-Zr系或Mg-RE-Zr系的合金系的镁合金;其中RE表示稀土。所述镁合金块形状及大小要求低，棒材、板材、各 种复杂形状的块材等均可。
[0010] 上述方案中，所述步骤2)中醋酸溶液的浓度为40~100g/L，酸洗时间为5~lOmin。 [0011 ] 上述方案中，所述步骤3)中十二烷基硫酸钠(C12H25-0S03Na)溶液的浓度为2 X 10-3 ~6 X 10-3mol/L;加入Na0H(2-4 mol/L)调节溶液pH值，使溶液的pH值达到10~12。
[0012] 上述方案中，所述步骤(4)中，镁合金试样的干燥温度为40~100°C，干燥时间为2~ 5min〇
[0013] 本发明的有益效果： (1) 采用醋酸酸洗镁合金，可以去除镁合金表面不利于其耐蚀性提高的合金化元素、金 属间化合物和杂质元素； (2) 该水热法制备的膜层所用的反应溶液对环境的污染小，该氢氧化镁膜层生物安全 性高，可以应用于生物领域； (3 )本发明制备的膜层为微米级的球状结构和纳米级的片状结构组成； (4)本发明制备的膜层具有很好的耐蚀性能，同时疏水性能良好。
【附图说明】
[0014] 图1为实施例1、2水热处理后镁合金试样的扫描电镜图，a、b分别对应实施例1、2中 的试样A、试样B微观形貌图。
[0015] 图2为实施例1所得产物膜层表面的X射线衍射谱。
[0016]图3为实施例1、2水热处理后镁合金试样的静态水接触角测试图。a、b分别对应实 施例1、2中的试样A、试样B的静态水接触角测试图。
[0017] 图4为实施例2耐蚀超疏水镁合金滚动角测试图。
[0018] 图5为实施例1、2及裸镁合金的动电位极化曲线对比图，a为镁合金基体的动电位 极化曲线，b、c分别对应实施例1、2中的试样A、试样B的动电位极化曲线。
【具体实施方式】
[0019] 下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
[0020] 实施例1: 包括以下步骤： (1)本实例中，选用Mg-Al-Zn系镁合金AZ31片状（〇14mmXh3mm)作为实验样品。分别 用320目、600目、1200目的碳化硅砂纸依次打磨以除去表层的氧化物和其它杂质，然后将其 放在去离子水中用超声清洗lOmin，随后将其放入无水乙醇中进行超声清洗lOmin以达到脱 脂去污的效果； (2 )将试样在80g/L的醋酸溶液中酸洗5min，然后用无水乙醇清洗并干燥； (3) 配制2X10-3mol/L的十二烷基硫酸钠溶液，并用4mol/L的NaOH溶液调节使其pH值 为12;在填充度为60%的反应爸中进行水热处理，加热温度为160°C保温时间为4h