[发明专利]镁合金表面原位生长Mg-Al水滑石膜的成膜溶液及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及镁合金表面处理领域，具体地说是一种在含铝量低或不含铝的镁合金表面原位生长Mg-Al水滑石膜的成膜溶液，以及使用所述溶液在镁合金表面制备Mg-Al水滑石膜的方法。

背景技术

镁合金具有密度低、比强度高、吸震和电磁屏蔽性好等优点，这使得镁合金作为最轻的工业材料在汽车、电子、航天航空及军事等领域上得到应用，但耐蚀性差是制约镁合金开发与应用的瓶颈问题。防护涂层是提高镁合金耐蚀性最有效的措施，实践中常使用的镁合金防护方法包括微弧氧化、化学转化膜、化学镀、电镀及有机涂层等，其中化学转化膜成本低，工艺简单，研究和应用最为广泛。过去，普遍采用铬酸盐转化膜来保护镁合金，但由于铬离子有毒，危害环境，近年来已开发出了多种环保型无铬转化膜，如钼酸盐膜、锡酸盐膜、磷酸盐膜、高锰酸盐膜、氟锆酸盐膜等。但这些转化膜的耐蚀性都不如铬酸盐转化膜，而且成膜液中仍含有一些不环保的成分。可见，现有的镁合金转化膜都存在弊端，迫切需要开发出更加切实可行的镁合金防护技术。

水滑石是一种很有应用价值的无机功能涂层材料，其典型的化学组成是Mg₆Al₂(OH)₁₆CO₃·4H₂O，结构类似于水镁石Mg(OH)₂，由MgO₆八面体共用棱形成单元层，层上的Mg²⁺部分被Al³⁺同晶取代，这样由Mg²⁺、Al³⁺、OH^-构成的单元层板带有正电荷，因此层间存在阴离子CO₃^2-以平衡电荷。位于水滑石层板上的Mg²⁺和Al³⁺可被其它离子半径相近的同价离子取代形成类水滑石化合物。水滑石的主体层板和层间阴离子通过氢键连接，使得层间阴离子的种类在较宽范围内可调变，环境中的腐蚀性阴离子能与层间阴离子交换而被截留在水滑石层间，避免了与基体直接接触，从而起到减缓腐蚀的效果；加上其表面的疏水性等特性使其在腐蚀领域具有光明的应用前景。在铝及其合金表面原位生长类水滑石膜的研究表明，该膜耐蚀性优异，并具有自愈合倾向。但水滑石膜用于镁合金防护的研究很少，仅有在AZ91镁合金上生长Mg-Al水滑石的报道。镁合金表面原位生长Mg-Al水滑石膜的耐蚀性很好，且绿色环保，是一种很有前景的防护方法。但目前的研究方法只适合高铝含量的镁合金，不适合铝含量低和不含铝的镁合金，而且成膜时间长，至少需要4h，不利于工业化生产。因此，迫切需要开发一种适用于含铝量低和不含铝的镁合金，且成膜时间短，工艺简单，水滑石膜耐蚀性好的成膜溶液和用其制备水滑石膜的方法。

发明内容

为了克服已报道方法不能在含铝量低或不含铝的镁合金上原位生长Mg-Al水滑石膜的局限性，本发明的目的之一在于提供一种能在含铝量低或不含铝的镁合金表面原位生长具有防护性的Mg-Al水滑石膜的成膜溶液。

本发明的另一个目的在于提供一种工艺简单的能在含铝量低和不含铝的镁合金上制备Mg-Al水滑石膜的方法，缩短成膜时间。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种在含铝量低或不含铝的镁合金表面原位生长Mg-Al水滑石膜的成膜溶液，该成膜溶液包括前处理液和后处理液，前处理溶液是在饱和碳酸溶液中滴加含Al的碱性溶液所得；后处理溶液是在前处理液基础上，用碱性溶液调节pH值所得。

所述的在含铝量低和不含铝的镁合金表面原位生长Mg-Al水滑石膜的成膜溶液，含铝量低和不含铝的镁合金包括AM30、AZ31、WE54或ZK60等。

所述的在含铝量低和不含铝的镁合金表面原位生长Mg-Al水滑石膜的成膜溶液，含Al的碱性溶液是指将纯铝板放在室温至90℃，浓度为0.01～5mol/L的Na₂CO₃、NaHCO₃、NaOH、K₂CO₃、KHCO₃、KOH中的一种或其混合溶液中溶解至饱和获得，可直接在饱和碳酸溶液中滴加所述的含Al碱性溶液调节pH值至5～9得到前处理液。

所述的在含铝量低和不含铝的镁合金表面原位生长Mg-Al水滑石膜的成膜溶液，采用碱性溶液调节前处理溶液pH值至9.5～13即为后处理溶液。