[发明专利]一种在镁合金表面制备超疏水复合膜层的方法

说明书

本发明属于金属材料表面改性技术领域，公开了一种在镁合金表面制备超疏水复合膜层的方法。所述制备方法为：将镁合金进行表面预处理后，在含镍镀液中进行化学镀，然后在含硝酸铈和硬脂酸的无水电沉积溶液中进行电沉积反应，得到一种具有超疏水复合膜层的镁合金。本发明将化学镀和无水电沉积相结合，采用相对廉价的环保原料在镁合金上制备平整、均匀的超疏水表面，有效提高镁合金耐腐蚀性能且具有自清洁特性；本发明所述方法工艺简单、原料成本低，可在镁合金上大面积制备耐腐蚀超疏水表面，适用于大规模工业化生产。

技术领域

本发明属于金属材料表面改性技术领域，具体涉及一种在镁合金表面制备超疏水复合膜层的方法。

背景技术

镁合金具有密度小、比刚度和比强度高、良好的阻尼性、优异的减震性、良好的成型加工工艺性并可回收利用等特点被人们称之为“21世纪绿色工程材料”。随着当今能源和环境问题的日益突出，节能与环保成为当今科技发展的主要趋势，镁合金作为最轻的金属结构材料，在航空、航天、汽车、3C产业等领域具有广阔的应用前景。

但是镁的标准电位低，镁合金合金化学性质活泼，与常用的金属结构材料如铝合金和钢铁等相比，在潮湿的空气、含硫气氛和海洋大气中极易发生腐蚀，这极大地限制了镁合金的广泛应用。因此，腐蚀问题被认为是目前发展镁合金的首要和核心问题，有效解决镁合金腐蚀问题能进一步扩大镁合金的应用。要使镁合金的性能优势得到充分的发挥，通过表面改性技术来提高其耐腐蚀性能被认为是最有效的途径之一。

近年来，超疏水表面由于具有抗水、防雾、自清洁、抗污染等特性，引起了许多国内外研究者的关注。通过在镁合金上制备具有超疏水特性的功能表面可以改善镁合金的表面特性，一方面可以降低镁合金与水、溶液等介质直接接触的机会，防止镁合金由于氧、水及电子转移引起的电化学反应，抑制镁合金工件在潮湿的空气、含硫气氛和海洋大气中的化学腐蚀，拓宽其应用领域；另一方面则可以使镁合金工件表面具有防污、防水、自清洁、减小水阻力、减小摩擦等功能特性，具有重要的实际应用价值。

目前国内外已有关于在镁合金表面制备超疏水膜层的报道，但是在这些制备工艺中，大多采用的设备比较昂贵，工艺比较复杂耗时，不易于大规模生产；且使用价格高昂的含氟硅烷作为降低表面能的修饰物质，这对环境以及人体都有害。例如中国发明专利CN101469425A提出利用微弧氧化工艺在镁合金表面构筑粗糙的微/纳多孔结构，然后浸入丙烯酸溶液进行化学腐蚀处理，最后在其表面旋涂乙烯基聚二甲基硅氧烷进行疏水化处理，干燥后即得镁合金超疏水表面。由于其在微弧氧化后需经过丙烯酸的化学刻蚀，工艺过程较为复杂，微弧氧化过程中的火花放电现象大多产生裂缝而难以具有高耐蚀功能，使用寿命受到了限制；另外旋涂工艺需要特殊的设备，实际应用价值不高。Jiang等利用化学刻蚀和表面自组装氟化的方法在镁锂合金表面制备了超疏水薄膜(Liu K.S.,Zhang M.L.,ZhaiJ.,Wang J.,Jiang L.,Bioinspired construction of Mg–Li alloys surfaces withstable superhydrophobicity and improved corrosion resistance.Applied PhysicsLetters,2008,92(18),183103.)。然而该制备方法中表面氟化需要在1.0wt.％十七氟癸基三甲氧基硅烷的酒精溶液中浸泡12h，再在烘箱中100℃下干燥2h；此工艺周期较长，效率较低，难以大规模的工业生产。佘祖新等用多种方法在压铸型AZ91D镁合金表面制备了超疏水膜层：如用化学镀镍+电沉积铜、Cu-Zn镀层+电化学阳极制备氧化铜膜层+化学修饰获得超疏水膜层，化学镀镍+电沉积镍+化学修饰获得超疏水膜层，化学镀镍+电沉积Ni-Co合金镀层+化学修饰获得超疏水膜层(佘祖新,超疏水表面在镁合金上的制备及其性能应用研究,2014,西南大学.第97页)。然而这些制备方法都需要在化学镀镍后电沉积金属层，再进行化学修饰，工艺过程相对复杂，而且电解液对环境有严重污染。因而利用简单有效且较环保的方法制备性能优良并能大规模生产和有效应用到实际生活中的超疏水表面，是本发明旨在解决的问题。

发明内容