专利名称：一种镁合金表面超疏水涂层的制备方法
技术领域：
本发明涉及在金属基材表面上构筑新结构的方法，具体涉及一种在镁合金表面制 备超疏水涂层的方法。
背景技术：
超疏水涂层具有独特的表面性能，如自洁性、防污性、疏水性等。超疏水涂层用 于高降雪地区的卫星天线或户外标牌上，可以防止因积雪导致的信号中断或外观模糊；超 疏水涂层用于金属材料上，可以起到自清洁、抑制表面腐蚀和表面氧化以及降低摩擦因数 (以水为润滑剂)的效果；超疏水涂层用于船舶、舰艇的外壳或管道的内壁，可以降低它们 与水流之间的摩擦阻力；超疏水涂层用于微型水上交通工具上，可以使其具有超强的负载 能力。镁合金的密度约为1. 3 1. 9g/cm3,比铝合金轻30% 50%，比钢铁轻70%以上， 且具有高的比强度和比刚度，易于成型加工和机械加工等优点而有广阔的应用前景。然而， 镁的电极电位低、化学活性高，氧化膜疏松，导致镁合金的耐蚀性能较差，特别是在潮湿的 空气、含硫的气氛和海洋大气中，镁合金部件腐蚀问题更显严重，极大地限制了镁合金在工 程领域的广泛应用。如何扩大镁合金在工业中的应用，备受人们关注。防止镁合金零部件 在潮湿或液体介质中的腐蚀可以从两方面考虑一是通过表面处理的方法提高镁合金零部 件本身的耐蚀性能；二是可以尝试在镁合金表面构筑超疏水结构。镁合金的腐蚀主要是由 于镁合金和周围的介质如潮湿空气、水、电解液等之间发生化学或电化学作用而生成了金 属氧化物、氢氧化物以及混合物等，因而造成镁合金的腐蚀破坏，通过减少镁合金与水气介 质的直接接触可以提高镁合金的耐蚀性能。在表面构筑超疏水结构即可起到降低镁合金与 水、溶液等介质直接接触的机会，从而提高其耐蚀性能。因此，通过镁合金表面功能改性，可 以提高镁合金在工业领域的适用范围。目前，针对镁合金表面超疏水处理的方法很少报道，中国专利(CN101469425A)公 布了一种采用微弧氧化工艺在样品表面构筑粗糙化的微/纳多孔结构，然后经过丙烯酸 溶液处理，最后在其表面旋涂乙烯基聚二甲基硅氧烷，得到镁合金超疏水表面，该方法微 弧氧化工艺和退火比较复杂，条件苛刻，不易大规模生产；中科院化学所LiuKesong等在 Applied Physics Letters, 2008，183103-1-3报道了一种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表面，然而表面氟化的过程耗时比较长，需要将金 属试样浸入到1.0wt%十三氟辛基三乙氧基硅烷的酒精溶液中，室温下浸泡12h后取出， 再在烘箱中100°C下加热2h，此工艺氟化处理的时间比较长，效率比较低，为此大规模的工 业生产运用及推广较为困难，而且采用HC1处理比较容易使得金属表面生锈。中国专利 (CN101476142A)采用化学刻蚀与有机镀膜相结合的制备方法在镁、钢或不锈钢金属表面制 备超疏水有机纳米薄膜。该方法有机镀膜过程工艺复杂，不易控制，难于实现大规模生产。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术的不足而提供一种在镁合金表面制备 超疏水涂层的新方法，该方法成本低、工艺简单，可控性比较好，易于批量生产，表面修饰的 时间比较短，效率高；本发明所涉及的一种镁合金表面超疏水涂层的制备方法，步骤如下(1)清洁处理将准备的镁合金样品放入去离子水中超声清洗，以除去表面灰尘 等颗粒；然后在丙酮中超声清洗，以除去表面油污；之后再用纯水淋洗干净；(2)化学腐蚀将清洗处理后的镁合金浸入化学腐蚀液中处理2 5分钟，处理 温度为室温；处理完之后超声清洗，吹干，放入烘箱中烘烤，待用；所述的化学腐蚀液由2 5wt% HN03与0. 5 2g/L的硝酸盐的水溶液组成；(3)疏水化处理将经过化学腐蚀后的镁合金试样放入疏水处理液中浸泡0. 5 2h，取出，用乙醇淋洗后放入烘箱中干燥，即可得到镁合金超疏水涂层，所述疏水处理液为 2 10wt%硅烷的乙醇溶液。本发明与现有的技术相比具有以下优点本发明采用化学刻蚀的方法相比其他方 法不需要昂贵的设备，而且成本低、可控性比较好，易于批量生产；表面修饰的时间比较短， 效率高；所制备的镁合金超疏水涂层具有微/纳多孔结构，该表面具有优良的超疏水性，接 触角平均达到155°。
图1 用本发明方法制备的镁合金表面超疏水涂层的不同放大倍数的SEM照片， (a)为低倍数的SEM照片；(b)为高倍数的SEM照片图2 用本发明方法制备的镁合金表面超疏水涂层的接触角照片a、b)为未处理 的AZ31基体；c、d)为化学腐蚀与表面修饰后的AZ31超疏水表面图3 用本发明方法制备的AZ31镁合金超疏水涂层样品和未处理的样品Tafel曲线图4 实施例2的接触角照片。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明所涉及的一种镁合金表面超疏水涂层的制备方 法进一步说明如下实施例1试验材料AZ31镁合金，大小为20mmX 15mmX 1mm的块状，具体操作步骤如下(1)清洁处理将准备的镁合金样品放入去离子水中超声清洗lOmin，以除去表面 灰尘等颗粒；然后在丙酮中超声清洗lOmin，以除去表面油污；之后再用纯水淋洗干净；(2)化学腐蚀将清洗处理后的镁合金样品浸入含5wt%硝酸和l.Og/L三水合 硝酸铜的化学腐蚀液中处理5分钟，处理温度为室温；处理完之后用纯水冲洗，超声清洗 5min，吹干，放入烘箱中150°C烘烤lOmin，待用；(3)疏水化处理将经过化学腐蚀后的镁合金试样放入含2衬％正辛基三乙氧基 硅烷的乙醇溶液中浸泡0. 5h，取出，用乙醇淋洗后放入烘箱中150°C烘烤lh，即可得到镁合 金超疏水涂层。
4
性能检测方法如下用配有INCA350X-射线能谱仪的Tescan可变真空扫描电子显 微镜分析涂层形貌；用接触角测量仪测量接触角；再用Tafel曲线评价镀层的耐蚀性能，测 试仪是LK98B II微机电化学分析系统(天津市兰力科化学电子高技术有限公司)，以甘汞 电极作参比电极，钼电极作辅助电极，工作电极为样品，留IX lcm的一个面在3.5%的NaCl 溶液，其余面用AB胶封闭。扫描速度0.0100伏/秒，扫描精度10mA。检测结果如图1_图 3所示。其中图1为用本实施例制备的AZ31镁合金表面超疏水涂层的不同放大倍数的SEM 照片，由图片可知制备的镁合金表面结构为微/纳多孔结构。图2为用本实施例制备的AZ31 镁合金表面超疏水涂层的接触角照片，可见为未处理的AZ31基体的接触角为47°，化学腐 蚀与表面修饰后的AZ31超疏水表面接触角为160°。图3为用本实施例制备的AZ31镁合 金超疏水涂层样品和未处理的样品Tafel曲线。水滴在其表面上静态接触角高达160°，滚动角小于10°，体现出优异的超疏水 性能。电化学测试结果表明，含有超疏水涂层镁合金样品的腐蚀电位正移，由-1.43V变 为-1. 17V,并且腐蚀电流与未处理样品相比降低2个数量级，说明超疏水涂层体系的存 在能提高镁合金的耐腐蚀性能。接触角结果和专利(CN101007304A)用相似方法在铝合 金表面制备超疏水涂层的结果(平均接触角159.7° )接近；接触角结果略微高于专利 (CN101469425A)用微弧氧化结合表面修饰得到的镁合金超疏水表面的结果(平均接触角 155° )。实施例2试验材料AZ31镁合金，大小为20mmX 15mmX 1mm的块状，具体操作步骤如下(1)清洁处理将准备的镁合金样品放入去离子水中超声清洗lOmin，以除去表面 灰尘等颗粒；然后在丙酮中超声清洗lOmin，以除去表面油污；之后再用纯水淋洗干净；(2)化学腐蚀将清洗处理后的镁合金样品浸入含2wt%硝酸和1. Og/L三水合硝 酸镍的化学腐蚀液中处理2-5分钟，处理温度为室温；处理完之后用纯水冲洗，超声清洗 5min，吹干，放入烘箱中150°C烘烤lOmin，待用；(3)疏水化处理将经过化学腐蚀后的镁合金试样放入含2衬％十七氟葵基三乙 氧基硅烷的乙醇溶液中浸泡2h，取出，用乙醇淋洗后放入烘箱中150°C烘烤lh，即可得到镁 合金超疏水涂层。本实施例获得的超疏水涂层的形貌，电化学检测的Tafel曲线与实施例1相近，不 再以图形方式给出。本实施例获得的超疏水涂层的接触角检测结果如图4所示，可见水滴 在其表面上静态接触角达到154°，滚动角小于10°，体现出优异的超疏水性能。电化学测 试结果表明，含有超疏水涂层镁合金样品的腐蚀电位正移，由-1. 43V变为-1. 18V，并且腐 蚀电流与未处理样品相比降低2个数量级，说明超疏水涂层体系的存在能提高镁合金的耐 腐蚀性能。接触角结果与专利(CN101469425A)接近。
权利要求
一种镁合金表面超疏水涂层的制备方法，其特征是步骤如下(1)清洁处理将准备的镁合金样品放入去离子水中超声清洗，以除去表面灰尘等颗粒；然后在丙酮中超声清洗，以除去表面油污；之后再用纯水淋洗干净；(2)化学腐蚀将清洗处理后的镁合金浸入化学腐蚀液中处理2～5分钟，处理温度为室温；处理完之后超声清洗，吹干，放入烘箱中烘烤，待用；(3)疏水化处理将经过化学腐蚀后的镁合金试样放入疏水处理液中浸泡0.5～2h，取出，用乙醇淋洗后放入烘箱中干燥，即可得到镁合金超疏水涂层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的化学腐蚀液由2 5wt%HN03与 0. 5 2g/L的硝酸盐的水溶液组成。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述疏水处理液为2 10wt%硅烷的 乙醇溶液。
全文摘要
本发明涉及一种镁合金表面超疏水涂层的制备方法，属于镁合金表面处理技术，该方法先将镁合金样品依次用去离子水、丙酮超声清洗，再用纯水淋洗干净等清洁处理后，在室温下浸入化学腐蚀液中处理2～5分钟，处理完之后超声清洗，烘干待用，然后在其表面涂覆低表面能物质，最后将修饰好的试样进行干燥，以获得镁合金表面超疏水涂层。本发明方法处理的镁合金表面具有优良的疏水性，水与表面的接触角可达到157°左右，而且所制备的镁合金超疏水涂层耐蚀性能有所提高。本方法的工艺简单、成本低廉、环保。
文档编号C23F1/22GK101824620SQ201010165310
公开日2010年9月8日 申请日期2010年5月7日 优先权日2010年5月7日
发明者唐安琼, 方亮, 殷波, 胡佳 申请人:重庆大学