[发明专利]通过离子注入预处理技术在镁合金表面制备LDHs膜层的方法

说明书

本发明涉及一种通过离子注入预处理技术在镁合金表面制备LDHs膜层的方法，通过先对镁合金表面进行离子注入预处理制得预处理后的镁合金，之后将镁合金进行退火处理后，浸入配置的LDHs生长溶液中进行原位生长反应，最终在镁合金表面制备得到LDHs膜层；镁合金通过离子注入预处理后，能够大大降低LDHs膜层生长反应条件，有效简化工艺。形成的离子注入改性层和LDHs层相互结合，可使处理后的镁合金耐蚀性得到显著提升。本发明的方法无需在LDHs生长溶液中添加成膜元素成分，能够实现在低温常压下反应。使用本发明方法原位生长的防护膜层与镁合金基体结合力强，耐腐蚀性能好。

技术领域

本发明属于金属表面防护处理技术领域，具体涉及一种通过离子注入预处理技术在镁合金表面制备LDHs膜层的方法。

背景技术

镁合金作为最轻的结构金属，具有优越的比强度、铸造性、延展性、可焊性、机械加工性、导电性、导热性、电磁屏蔽性和生物相容性，在航空航天、汽车轻量化、生物可降解性医用植入材料等领域的应用中具有广阔前景。但其较差的耐蚀性和耐磨性严重制约了镁合金的应用。

镁合金表面普遍采用涂覆保护层进行腐蚀防护，近年来随着对镁合金腐蚀机理的深入研究以及纳米新技术的不断开发，单纯被动延缓腐蚀的方法已不能满足工业需求。层状双羟基复合金属氧化物(Layered Double Hydroxides，LDHs)作为一种具有离子交换能力的层状结构材料，近年来成为了镁合金防护膜层领域的研究热点。LDHs材料可以作为纳米容器负载缓蚀剂离子，将其作为防护膜层制备在镁合金表面后，可响应释放缓蚀剂离子，并吸附侵蚀性离子，从而构筑出主动缓蚀体系涂层，是一种新型高效的智能防护材料。

目前在镁合金表面制备LDHs膜层的方法主要为原位生长法，原位生长法具有膜层与基体结合力良好、LDHs晶粒尺寸可控、操作简单等优势，有如下几种代表性方式：

1)一步/两步原位生长法：此方法采用HCO₃^-/CO₃^2-水溶液进行水浴处理，需要向溶液中持续通入CO₂气体，由于CO₃^2-与LDHs层板的结合力最高，限制了LDHs薄膜的离子交换能力，不能制备负载缓蚀剂的自修复型LDHs薄膜。

2)水热处理法：是一种将前驱体放入水热反应釜中，在高温高压条件下进行反应的方法，需要较长的处理时间。

3)尿素分解法：尿素分解法可获得结晶良好的LDHs薄膜，然而LDHs薄膜中的M²⁺/M³⁺比通常低于前驱体溶液，说明在制备过程中生成了一定比例的副产物。

可以看出这些方法或是需要在高温高压下长时间进行，条件苛刻工艺复杂；或是牺牲了LDHs材料可负载缓蚀剂的能力，不能实现主动防护功能，均存在严重不足，使得LDHs材料作为镁合金防护膜层的应用受到成本和性能上的局限。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种通过离子注入预处理技术在镁合金表面制备LDHs膜层的方法。本发明通过采用离子注入技术对镁合金进行预处理，向镁合金表面注入制备LDHs膜层所需的铝元素，形成离子注入改性层，使得后续可通过溶液化学法在镁合金表面低温常压下制备LDHs膜层。镁合金通过离子注入预处理后，能够大大降低LDHs膜层生长反应条件，有效简化工艺。形成的离子注入改性层和LDHs层相互结合，可使处理后的镁合金耐蚀性得到显著提升。

本发明所采用的技术方案为：

一种通过离子注入预处理技术在镁合金表面制备LDHs膜层的方法，包括如下步骤：

(1)离子注入预处理

取镁合金，经打磨抛光后，进行离子注入预处理，使注入的铝元素在镁合金表面形成离子注入改性层，得到预处理后的镁合金；