[发明专利]在镁合金表面具有耐腐蚀功能的溶胶凝胶膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料表面电化学腐蚀与防护领域，特别是一种在镁合金表面具有耐腐蚀功能的溶胶凝胶膜的制备方法。

背景技术

镁合金具有质量轻、强度高，抗冲击、耐磨、衰减性能好、高的导热和导电性能、无磁性、屏蔽性好和无毒的特点。适用于携带式的器械和汽车行业，在应用中达到轻量化的目的，其主要用于摩托车、汽车的盖、壳、轮等结构件的制作。但是，镁合金作为结构材料的应用潜力与现实之间仍然存在巨大反差，造成这一现状的一个重要原因就是镁合金的腐蚀问题，这是制约镁合金发挥应用潜力的瓶颈问题之一。解决镁合金的腐蚀防护问题一般从控制杂质含量、制备高纯合金、表面改性等几个方面入手。溶胶凝胶法作为一种涂层制备方法，操作简便，设备简单，能够与许多无机或有机试剂相容，便于固定掺杂其他试剂，凝胶均匀、稳定、分散性好，可以在各种不同形状的大面积金属基体材料上制备膜层。但一般膜层较薄，易产生裂纹。因此，应用溶胶凝胶技术在镁合金表面制备溶胶凝胶膜层，通过选择合适的添加剂和制备工艺，使得到的膜层能够具有更强的稳定性和高耐蚀性。

发明内容

本发明的目的是提供一种在镁合金表面具有耐腐蚀功能的溶胶凝胶膜的制备方法。

本发明将以AZ91镁合金为基体，正硅酸乙酯、乙醇、蒸馏水、硝酸为原料，配置SiO₂溶胶。

具体步骤为：

（1）将AZ91镁合金用300#、600#、1000#耐水磨砂纸逐级打磨、水洗，在40~70℃下于浓度为30~60 g/L的NaOH溶液中碱洗1~10分钟，蒸馏水中超声清洗5-15分钟，去离子水清洗2~3次，冷风吹干备用。

（2）将10-30 ml正硅酸乙酯溶于10-30 ml无水乙醇中，在20℃下磁力搅拌15分钟，然后滴加2-8 ml的蒸馏水，使用硝酸调节溶液的pH值为2-3；之后在50℃水浴中恒温磁力搅拌1.5-2小时，最后加入2-5 ml邻苯二甲酸二丁酯于50 ℃下继续搅拌0.5-1小时；待溶液冷却后得到澄清的二氧化硅胶体，在室温下静置120小时待用。

（3）将步骤（1）处理后的AZ91镁合金浸入步骤（2）所得二氧化硅胶体中，浸泡60-120 秒，缓慢匀速提拉出试样，重复拉出试样3次；然后在80-120℃下，干燥10 小时，再经间歇式升温到150-200℃，固化0.5-1 小时后，在镁合金表面获得一层致密的溶胶凝胶膜。

所述正硅酸乙酯、硝酸和邻苯二甲酸二丁酯均为化学纯。

本发明成本低，制备工艺简单，所制备的溶胶凝胶膜具有低腐蚀电流密度，表面膜层完整，能够很好的提高镁合金表面防腐蚀能力。

附图说明

    附图为本发明实施例制备的SiO₂溶胶凝胶膜的SEM图。

具体实施方式

实施例：

（1）镁合金（AZ91型镁合金试片尺寸为 40mm×30mm×2mm）依次用300#、600#、1000#砂纸打磨至光滑，经水洗后，在50℃下于浓度为40 g/L的NaOH溶液中碱洗3分钟，蒸馏水中超声清洗10 分钟，去离子水清洗2次，冷风吹干备用。

（2）将20 ml正硅酸乙酯溶于20 ml无水乙醇中，在20℃下磁力搅拌15 分钟，然后滴加5 ml的蒸馏水；使用硝酸调节溶液的pH值为2.5；之后在50℃水浴中恒温磁力搅拌1.5 小时，最后加入3 ml邻苯二甲酸二丁酯于50 ℃下继续搅拌0.5小时；待溶液冷却后得到澄清的二氧化硅胶体，在室温下静置120 小时待用。

（3）将步骤（1）处理后的AZ91镁合金浸入步骤（2）所得二氧化硅胶体中，浸泡120 秒，缓慢匀速提拉出试样，重复拉出试样3次；然后在120℃下，干燥10 小时，再经间歇式升温到150℃，固化0.5 小时后，在镁合金表面获得了一层致密的溶胶凝胶膜。

所述正硅酸乙酯、乙醇、硝酸和邻苯二甲酸二丁酯均为分析纯。

极化曲线是腐蚀科学中常用的电化学手段之一，是研究膜层、涂层、转化膜等覆盖金属电极腐蚀速率的有效工具。对镁合金表面溶胶凝胶膜试样进行电化学耐蚀性能测试，采用三电极体系（溶胶凝胶膜试样为研究电极，铂电极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极），质量百分比浓度为3.5%的NaCl为电解质，对其进行塔菲尔曲线扫描得到结果如表1。

表1  样品在3.5%(w)NaCl水溶液中的自腐蚀电位及腐蚀电流密度的对比