一种超疏水镁合金表面的制备方法与流程

本发明涉及一种超疏水镁合金表面的制备方法，属于金属表面处理领域。

背景技术：

镁合金具有质量轻、比强度高，抗电磁干扰及屏蔽性好、易于加工等特点，在数码通讯、航空航天和建筑等行业有着广泛的应用。但镁合金性质活泼，大气环境中易于氧化腐蚀，对生产加工产生影响，故需要对其表面进行处理，以提高使用性能。超疏水表面具有良好的防污自洁、防腐蚀、防结冰，降低表面阻力等性能，制备镁合金材料超疏水表面对于提高镁合金材料的性能具有重要意义。

超疏水表面是水接触角大于150°且滚动角小于10°的表面，制备超疏水表面常规的两种方法：一是具有低表面能的材料表面形成微纳粗糙结构；二是使用具有低表面能的化学物质对已有的粗糙结构进行修饰。对镁合金这种表面活性大并且表面能较大的材料而言则一般需要通过化学或物理方法处理得到表面微纳粗糙结构进而进行低表面能物质的再修饰过程从而得到预期的超疏水性能。专利CN 105648431 A公开了经醋酸酸洗后在十二烷基硫酸钠和氢氧化钠混合水溶液中水热处理得到微纳多级结构的超疏水表面的方法，而氢氧化钠作为强碱会与镁合金反应，所以要严格控制酸碱度，否则会腐蚀镁合金基体，同时这种方法的反应时间要4-6h；专利CN104250813A公开进行点化学镀镍处理之后放入硬脂酸乙醇溶液中修饰得到超疏水表面的方法，但此方法需要进行电镀镍，对初始材料表面的要求较高，不适用于不同形状结构的镁合金超疏水处理；CN 105297011 A公开化学镀镍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超疏水表面的方法，然而化学镀镍溶液复杂且热力学体系不稳定。而且以上的三种方法都进行了腐蚀加修饰的两步反应。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种超疏水镁合金表面的制备方法，该方法将两步合为一步，同时采用雾化的方法，可以更简单高效的处理大面积、大体积的材料，甚至可以对运行中的设备表面进行处理，具体包括以下步骤：

（1）将镁合金进行前处理，去除表面的油污及氧化层；

（2）将经前处理后的镁合金置于雾化的混合溶液B中，进行快速氧化与低表面能处理的同步处理；

（3）将经同步处理后的镁合金用质量浓度为99%乙醇冲洗并吹干；

所述混合溶液B的配制方法为：将NaCl溶于水和无水乙醇的混合溶剂（按任意比例混合）中得到混合溶液A，混合溶液A中NaCl的质量百分比浓度为5-7%，然后将十七氟葵基三乙氧基硅烷逐滴滴入到混合溶液A中并充分混合得到混合溶液B，混合溶液B中十七氟葵基三乙氧基硅烷的质量百分比浓度为0.5~1%。

本发明步骤（1）中前处理过程为：采用砂纸去除镁合金表面氧化层及部分油污，依次使用丙酮和乙醇在40KHZ的频率下超声清洗10分钟，取出后使用电吹风吹干。

本发明步骤（2）中喷雾压力为90-100 kPa，温度为30-35℃，同步处理时间30-120 min。

本发明所述方法对于各种成分的镁合金均适用。

本发明的有益效果：

（1）本发明所述方法可在大小不同、形状各异的镁合金表面构建具有防污自洁和减阻等优异性能的层片状微结构的超疏水表面。

（2）本发明所述方法具有条件简单，操作便捷，制备高效等优点。

附图说明

图1为实施例1制备的镁合金表面的SEM图。

图2为实施例1制备的镁合金超疏水表面与水的接触角光学图。

图3为实施例2制备的镁合金表面的SEM图。

图4为实施例3制备的镁合金表面的SEM图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。

实施例1

本实施例提供一种超疏水镁合金表面的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）前处理：用400#SiC砂纸去除镁合金（主要成分为Al 2.5%, Zn 0.6%, Mn 0.2%, Si 0.08%）表面氧化层及油污后，依次置于99%丙酮和99%乙醇中超声10分钟取出快速吹干。

（2）将前处理后的镁合金进行混合溶液雾同步处理：将镁片置于混合雾环境中（混合溶液配制方法为：将NaCl溶于水和无水乙醇的混合溶剂中得到混合溶液A，混合溶液A中NaCl的质量百分比浓度为5%，然后将十七氟葵基三乙氧基硅烷逐滴滴入到混合溶液A中并充分混合得到混合溶液B，十七氟葵基三乙氧基硅烷的加入量为混合溶液质量浓度的0.6%），反应温度为35℃、喷雾压力100 kPa的混合雾试验箱内同步处理30 min后取出。

（3）将经同步处理后的镁合金用质量浓度为99%乙醇冲洗并吹干可获得如图1所示的表面形貌。如图1，该表面有微米量级的粗糙结构，同时在这些微米量级的粗糙结构上，存在有大量明显的层片状纳米结构，这样的微纳复合双重结构为最终的超疏水提供了基础。但如果只是这样的微纳复合双重结构的镁合金表面是亲水的，是不能获得超疏水的；而经同步处理后的所得镁合金用表面静态水接触角150.6°，滚动角7°（如图2），表明该微纳复合双重结构的表面存在有修饰剂，且由于该表面与经盐雾单独（不含修饰剂）腐蚀后的镁合金表面形貌类似，所以该修饰剂应该是以单分子薄膜的形式存在于经同步处理后的镁合金微纳复合结构表面。

实施例2

本实施例提供一种超疏水镁合金表面的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）前处理：用1200#SiC砂纸去除镁合金（主要成分为Al 5.6%, Zn 0.2%, Mn 0.5%, Si 0.05%）表面氧化层及油污后，依次置于99%丙酮和99%乙醇中超声10分钟取出快速吹干。

（2）将前处理后的镁合金进行混合溶液雾同步处理：将镁片置于混合雾环境中（混合溶液配制方法为：将NaCl溶于水和无水乙醇的混合溶剂中得到混合溶液A，混合溶液A中NaCl的质量百分比浓度为6%，然后将十七氟葵基三乙氧基硅烷逐滴滴入到混合溶液A中并充分混合得到混合溶液B，十七氟葵基三乙氧基硅烷的加入量为混合溶液质量浓度的0.8%。）、温度为32℃、喷雾压力100 kPa的混合雾试验箱内同步处理60min后取出。

（3）将经同步处理后的镁合金用质量浓度为99%乙醇冲洗并吹干可获得微米量级粗糙面上附着层片状纳米量级的微纳复合双重结构（如图3），达到表面形成水接触角152.5°，滚动角5°的超疏水镁合金表面。

实施例3

本实施例提供一种超疏水镁合金表面的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）前处理：用1200#SiC砂纸去除镁合金（主要成分为Al 8.5%, Zn 0.6%, Mn 0.4%, Si 0.05%）表面氧化层及油污后，依次置于99%丙酮和99%乙醇中超声10分钟取出快速吹干。

（2）将前处理后的镁合金进行混合溶液雾同步处理：将镁片置于混合雾环境中（混合溶液配制方法为：将NaCl溶于水和无水乙醇的混合溶剂中得到混合溶液A，混合溶液A中NaCl的质量百分比浓度为7%，然后将十七氟葵基三乙氧基硅烷逐滴滴入到混合溶液A中并充分混合得到混合溶液B，十七氟葵基三乙氧基硅烷的加入量为混合溶液质量浓度的1%。）、温度为30℃、喷雾压力90 kPa的混合雾试验箱内同步处理120 min后取出。

（3）将经同步处理后的镁合金用质量浓度为99%乙醇冲洗并吹干可获得微米量级粗糙面上附着层片状纳米量级的微纳复合双重结构（如图4），达到表面形成水接触角157.2°，滚动角5°的超疏水镁合金表面。