镁合金表面微弧氧化纳米自组装复合防护涂层的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种镁合金表面微弧氧化纳米自组装复合防护涂层的制备方法，属于镁合金表面处理【技术领域】。该方法首先对镁合金基体表面进行微弧氧化形成多孔陶瓷层，然后对多孔陶瓷层表面喷涂改性水性涂料形成水性涂层，从而在镁合金基体表面形成由多孔陶瓷层和水性涂层组成的复合防护涂层。本发明在镁合金表面形成的多层复合防护涂层具有结合力好、致密性好、高硬度、高耐蚀、高耐磨等特点，制备方法简单、方便、环保，是镁合金应用的理想复合防护涂层，满足镁合金产品在苛刻环境中的防护要求。
【专利说明】镁合金表面微弧氧化纳米自组装复合防护涂层的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及金属表面处理【技术领域】，具体涉及一种镁合金表面微弧氧化纳米自组装复合防护涂层的制备方法。
【背景技术】
[0002]镁合金作为一种非常重要的金属材料，是金属结构材料中密度最小的金属，与铝合金相比，弹性模量大，散热好，消震性好，承受冲击载荷能力大等特点，能满足家用电器、通讯电子器件和汽车轻量化的要求。此外，镁合金还具有比强度高、比刚度高、阻尼性好、导热性好以及减振性好等优越性能，作为钢铁、铝、塑料等材料的替代品，在汽车工业、宇航工业及电子工业等领域具有广泛的应用前景。然而迄今为止，其应用潜力和现实之间依然存在巨大的反差，这是由于镁是极其活泼的金属，标准电极电势为-2.36V(vs.SCE)，在常用介质中的电势也都很低。由于镁合金的电位低，热力学稳定性差，在空气中很容易被氧化，生成疏松、保护能力很差的氧化膜，致使镁合金的耐腐蚀能力较差，这导致了镁合金在潮湿的大气、海水和土壤中都将会发生很严重的腐蚀，这严重的阻碍了镁合金在众多领域的应用。此外，镁合金的化学活性较高，对涂/镀层的完整性、抗机械损伤能力要求较高，这就要求防护层(涂/镀层)的完整性、抗机械损伤能力须达到较高水平，而现有的涂/镀层技术均难以满足实际需求。因此开发高硬耐蚀的防护层新技术是推动镁合金应用的关键所在。
[0003]目前，微弧氧化是实现这一目标最有前景的技术手段。它是一种在热化学、等离子体化学和电化学共同作用下，在金属表面原位生长陶瓷性氧化膜的技术，具有工艺简单、易操作或氧化膜结合力、耐蚀性、硬度更好等优点。然而，镁合金微弧氧化陶瓷层是一种疏松微孔结构，导致其防护性能有限。
[0004]而在镁合金表面直接喷涂普通涂料一般只起到装饰性的功效。虽然其操作方便简单，工艺丰富，但如果没有严格`适当的前处理工序，复合涂层的结合力和耐腐蚀性是得不到保证的。真正具有良好结合力、耐腐蚀性、耐磨性和无污染的有机涂层工艺尚未有充分的应用验证。
[0005]很显然，上述单一的镁合金表面处理技术的发展均有明显的局限，很难满足实际镁合金较高的耐磨防护需要。
【发明内容】
[0006]本发明针对目前镁合金单一的表面处理技术的缺陷，提供一种在镁合金表面制备结合力良好且具有高耐蚀性能的镁合金表面微弧氧化纳米自组装复合防护涂层的制备方法，满足镁合金产品在苛刻环境中的防护要求。本发明原料来源广泛，成本低廉；制备工艺可在室温下进行，操作方法简单高效；所使用的改性水性涂料低毒环保，性能稳定，适合于长期储存。
[0007]本发明技术方案如下:
[0008]一种镁合金表面微弧氧化纳米自组装复合防护涂层的制备方法，该方法首先对镁合金基体表面进行微弧氧化形成多孔陶瓷层，然后对多孔陶瓷层表面喷涂改性水性涂料形成水性涂层，从而在镁合金基体表面形成由多孔陶瓷层和水性涂层组成的复合防护涂层。具体包括如下步骤:
[0009](一)微弧氧化
[0010]首先将镁合金基体进行打磨、抛光、除油等预处理，以去除基体表面疏松氧化膜和杂质。然后将镁合金基体(作为阳极)放入电解液中，采用高电压脉冲方式对基体进行微弧氧化。微弧氧化的电解液为:氢氧化钠2~10g/L，硅酸钠5~20g/L，其余为水；采用高电压脉冲方式进行微弧氧化，脉冲频率为100~2000Hz，电流密度为2~10A/dm2，微弧氧化时间为30~60min，微弧氧化温度为1(T50°C。所制备的氧化膜即多孔陶瓷层，主要成分为硅酸镁，多孔陶瓷层厚度为10~25 μ m,孔隙率为20%~40%，孔径为I~6 μ m。
[0011 ] (二)改性水性涂料的制备
[0012]所述改性水性涂料是将纳米自组装渗透剂、普通水性涂料和去离子水按
0.1:(10-20): (I~5)的重量比例混合后，搅拌20~30min，静置销泡后制得。
[0013]所述普通水性涂料采用水性丙烯酸、水性聚氨酯、水性环氧、水性氟碳、水性金属烤漆等不同种类的水性涂料。
[0014]所述纳米自组装渗透剂是将下述原料中各组分混溶后，搅拌条件下水解2~3天至混合液澄清后获得；所述原料中各组分按重量份数计，组成如下:
[0015]
【权利要求】
1.一种镁合金表面微弧氧化纳米自组装复合防护涂层的制备方法，其特征在于:该方法首先对镁合金基体表面进行微弧氧化形成多孔陶瓷层，然后对多孔陶瓷层表面喷涂改性水性涂料形成水性涂层，从而在镁合金基体表面形成由多孔陶瓷层和水性涂层组成的复合防护涂层。
2.根据权利要求1所述复合防护涂层的制备方法，其特征在于:所述微弧氧化是将镁合金基体放入电解液中，采用高电压脉冲方式对镁合金基体进行微弧氧化；所述电解液为:氢氧化钠2~10g/L，硅酸钠5~20g/L，其余为水；脉冲频率为100~2000Hz，电流密度为2~ΙΟΑ/dm2，微弧氧化时间为30~60min，微弧氧化温度为1(T50°C。
3.根据权利要求2所述复合防护涂层的制备方法，其特征在于:所述多孔陶瓷层厚度为10~25 μ m，孔隙率为20~40%，孔径为I飞μ m ;多孔陶瓷层主要成分为硅酸镁。
4.根据权利要求1所述复合防护涂层的制备方法，其特征在于:所述改性水性涂料是将纳米自组装渗透剂、普通水性涂料和去离子水按0.1: (10~20): 0-5)的重量比例混合后，搅拌20~30min,静置销泡后制得。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于:所述普通水性涂料为水性丙烯酸、水性聚氨酯、水性环氧、水性氟碳或水性金属烤漆。
6.根据权利要求4所述复合防护涂层的制备方法，其特征在于:所述纳米自组装渗透剂是将原料中各组分混溶后，搅拌条件下水解2~3天后制得；所述原料中各组分按重量份数计，组成如下:
7.根据权利要求6所述复合防护涂层的制备方法，其特征在于:所述硅烷混合液由Y-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和正硅酸四乙酯混合而成，Y -缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和正硅酸四乙酯的摩尔比为(3~5):(0.2~1.5);所述水解催化剂为乙酸和植酸的混合液，乙酸和植酸摩尔比为(3~8):(1~3);所述助溶剂为无水乙醇。
8.根据权利要求4-7任一所述复合防护涂层的制备方法，其特征在于:喷涂前，在制备的改性水性涂料中加入脂肪族胺类固化剂的溶液调节其pH值为5.5-7。
9.根据权利要求8所述复合防护涂层的制备方法，其特征在于:所述脂肪族胺类固化剂为二乙烯三胺，脂肪族胺类固化剂溶液的浓度为IOmo 1/L。
10.根据权利要求1所述复合防护涂层的制备方法，其特征在于:改性水性涂料喷涂工艺参数为:喷涂压力为1.5~2.5MPa，喷涂距离为20~60mm，烘干温度150~180°C，烘干时间20~30min ;水性涂层的厚度10~20 μ m。
11.根据权利要求1所述复合防护涂层的制备方法，其特征在于:所述镁合金为AZ91D、AZ31B、ZM5、ZM6、MB5 或稀土镁合金 Mg-Gd-Y。
【文档编号】B05D1/02GK103668393SQ201210345501
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月18日 优先权日:2012年9月18日
【发明者】杜克勤, 郭兴华, 王艳秋, 王勇, 郭泉忠, 王福会 申请人:中国科学院金属研究所