镁合金磷酸盐/脂肪酸盐复合超疏水耐蚀膜的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及合金表面处理技术领域，特别涉及一种镁合金磷酸盐基层/超疏水复合膜的制备方法。
【背景技术】
[0002]镁合金有以下几个优点:1、轻，镁合金密度只有1.8g/cm3左右，它是实用金属中最轻的金属；2、相对比强度最高，比刚度接近铝合金和钢，远高于工程塑料；3、熔点低，稳定性好，压铸性能好，铸件尺寸精度高；4、良好的电磁屏蔽能力，防辐射能力；等等。
[0003]基于以上优点，镁合金在汽车工业、便携式器械、3C等领域得到了广泛应用。医药化工和航空航天部门对镁合金的应用也越来越重视。
[0004]镁合金的缺点在于:抗腐蚀能力不如人意。在元素周期表中可以看出，镁元素非常活泼。一般镁合金的腐蚀电位很低，只有-2.73V。所以，在潮湿环境下，镁合金极易发生电化学腐蚀。
[0005]在镁合金表面制备一层分布均匀的耐蚀膜隔离腐蚀环境，可以提高镁合金的抗腐蚀能力。
[0006]磷酸盐转化膜是一种操作简单的，效果显著的提高镁合金耐腐蚀性能的耐蚀膜，但至今仍然难以满足实际工程需要。
[0007]超疏水膜表面是可使水滴在其表面的接触角大于150°，滚动角小于10°。当超疏水表面浸入腐蚀介质中时，在“固-液”界面上存在大量的液封的气囊，从而形成一层“气垫”，进而起到隔绝腐蚀介质和金属本体的作用。(如若在磷酸盐转化层上形成超疏水层可大幅降低耐蚀膜层与腐蚀媒介的接触，有望大幅提高膜层的耐蚀性能。)
【发明内容】
[0008]在现有技术的基础上，本发明提供了一种镁合金磷酸盐/脂肪酸盐复合超疏水耐蚀膜的制备方法，大大改进了单一磷酸盐膜的不足，从而增强了镁合金的耐蚀性能。
[0009]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种镁合金磷酸盐/脂肪酸盐复合超疏水耐蚀膜的制备方法，包括按顺序进行的如下步骤:
[0010]步骤[I]将镁合金表面进行磷酸盐转化处理，在镁合金表面形成一层在微观尺度具有粗糙特征及微观裂纹分布均匀的磷酸盐转化基层；
[0011]步骤[2]采用电沉积的方法，在步骤[I]处理后镁合金的在微观尺度具有粗糙特征及微观裂纹分布均匀的磷酸盐转化基层表面电沉积一层超疏水薄膜。
[0012]进一步的，步骤[I]所述磷酸盐转化处理步骤为:1、将镁合金试样用400目到600目的耐水砂纸粗磨；2、将镁合金试样用2000目到2500目的耐水砂纸细磨；3、用丙酮和分析纯的酒精先后对镁合金试样超声波清洗10分钟，然后凉风吹干；4、最后在由磷酸盐、锰盐、磷酸、去离子水组成的溶液中进行磷化处理。
[0013]进一步的，磷酸盐选用K2HP04、Ca3(PO4)2、似2即04的1:1:1混合物，所述锰盐选用KMnO4。
[0014]进一步的，上述磷酸盐转化水溶液中，上步磷酸盐的浓度为90?150g/L，锰盐的浓度为30?40g/L，转化液的PH值为3?5之间。
[0015]进一步的，上述转化处理过程中，转化处理液水浴保持温度在30?50°C，反应时间为15?40分钟，转化处理过程中采用多功能恒温磁力搅拌器进行控温和搅拌。
[0016]进一步的，步骤[2]中的具体操作步骤为:1、用600目?1000目的砂纸将生成在微观尺度具有粗糙特征及微观裂纹分布均匀的磷酸盐转化基层的长方体镁合金试样其中一个侧面进行适当打磨，增强镁合金试样的导电性。然后把打磨并用去离子水清洗的侧面连接到电解槽的阴极，放到电解液中。选择电源电压为30?60V，让样品在几种脂肪酸、几种铈盐和无水乙醇组成的混合溶液中电沉积。
[0017]进一步的，上步中的几种脂肪酸用硬脂酸，肉豆蔻酸，油酸，反式油酸的质量比为1:1:1:1的混合物。用量为40?50g/L。几种钟盐用六水硝酸钟、六水氯化钟、硝酸铈铵的质量比为1:1:1的混合物，浓度为15?25g/L。
[0018]进一步的，步骤[2]电沉积过程中保持温度在15?25°C，电沉积时间为15?30分钟。电沉积过程中使用恒温磁力搅拌器进行恒温处理。
[0019]本发明的积极效果:本发明中，由于镁合金样品打磨到了一定的光滑程度，加上磷酸盐转化处理的过程中运用了磁场的辅助，形成了在微观尺度具有粗糙特征及微观裂纹分布均匀的磷酸盐转化基层。在用电沉积方法制备脂肪酸盐超疏水膜的过程中，先在在微观尺度具有粗糙特征及微观裂纹分布均匀的磷酸盐转化基层上电沉积了一层氧化铈的微米/纳米复合多尺度结构，然后脂肪酸对这种复合多尺度结构进行了降低表面能的修饰处理，从而在微观尺度具有粗糙特征及微观裂纹分布均匀的磷酸盐转化基层上形成了一层超疏水膜层。在氧化铈成长为复合多尺度结构的过程中，对该磷酸盐转化基层上的缝隙有一定程度的填充，而接下来的脂肪酸对表面进行降低表面能修饰处理的过程中，进一步填充了磷酸盐转化基层上的缝隙。如图2所示，从电子显微镜下可以看出，最终得到的镁合金磷酸盐/脂肪酸盐复合超疏水耐蚀膜表面缝隙已经很少了。这些填充物提升了磷酸盐转化基层的质量。最终形成的镁合金磷酸盐/脂肪酸盐复合超疏水耐蚀膜，有着良好的超疏水性能，且在较低温度及常温下性质稳定。镁合金磷酸盐/脂肪酸盐复合超疏水耐蚀膜通过在样品表明形成气膜从而有效的隔绝了水与样品的接触，使得样品的抗腐蚀性能大大提高。复合膜的绝缘性很好，可以阻止多种离子的扩散。外层的超疏水膜是第一道防线，可以有效的阻止水和样品的接触，并起到隔绝其他离子的作用。如果超疏水膜层被腐蚀或者磨损而不具备超疏水效果，内层脂肪酸盐填充磷酸盐转化基层而形成的复合膜也会起到很好的隔离效果，以双层保险的方式大大提高了镁合金的防腐性能。
【附图说明】
[0020]图1是AZ91D镁合金磷酸盐转化基层表面的SEM照片。
[0021]图2是AZ91D镁合金磷酸盐/脂肪酸盐复合超疏水耐蚀膜表面的SEM照片。
[0022]图3是AZ91D镁合金磷酸盐/脂肪酸盐复合超疏水耐蚀膜截面的SEM照片。
[0023]图4是AZ91D镁合金磷酸盐/脂肪酸盐复合超疏水耐蚀膜表面的接触角图片。
[0024]图5是AZ91D镁合金磷酸盐/脂肪酸盐复合超疏水耐蚀膜表面水平状态下均匀摆放水滴的效果图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图对本发明的优选实例进行详细的说明。具体实施选用AZ91D镁合金，A指的是Al，Z指的是Zn，它们的含量约为9%和1%。
[0026]实施例1
[0027]I) 1、在抛光机上将镁合金试样用400目到600目的耐水砂纸粗磨；2、将镁合金试样用2000目到2500目的耐水砂纸细磨；3、先后用丙酮和分析纯的酒精对细磨好的镁合金样品超声波清洗10分钟，然后用凉风吹干；4、最后在由磷酸盐、锰盐、磷酸、去离子水组成的溶液中进行磷化处理。
[0028]2)进行磷酸盐转化处理。转化处理液中磷酸盐的浓度为150g/L，锰盐的浓度为40g/L的。所述磷酸盐是质量比I: I: I的K2HP04、Ca3 (PO4)2和Na ,04的混合物，所述锰盐是ΚΜη04。转化处理过程采用多功能恒温磁力搅拌器保持恒温并进行搅拌，转化处理液的PH值是4.5，温度是45 °C，转化处理时间是25分钟。
[0029]经过磷酸化处理的AZ91D镁合金磷酸盐转化基层的表面场发射SEM实