一种镁合金表面硅烷处理耐腐蚀涂层的制备方法与流程
本发明是一种镁合金抗腐蚀防护涂层的制备方法，属于金属材料的表面处理技术领域。
背景技术：
镁及其合金由于其具有优良的力学性质，密度低、高的比强度和比刚度、强度与人骨电磁屏蔽性优良和易于回收等优点，其在航空、汽车、通讯等领域有着广泛的应用前景。同时，其密度与强度与人骨相类似，可以有效地避免“应力屏蔽”现象，促进骨骼愈合与生长，因此，镁合金在生物领域也很有应用前景。但是，由于镁合金性质较为活泼，极易在多数环境下作为阳极发生电偶腐蚀，影响其在各个方面的应用。因此，需要对镁合金进行表面处理，对其作为阳极发生电偶腐蚀行为进行防护。目前对于镁合金的腐蚀防护方法主要有：阳极氧化处理、微弧氧化处理、化学气相沉积、物理气相沉积、化学镀、电镀和化学转化膜等方法。其中，微弧氧化和阳极氧化需要设备较为复杂，制备的涂层较为粗糙，出现裂纹，微孔等缺陷；化学气相沉积和物理气相沉积过程则需要高温，设备较为复杂，工艺成本较高；化学镀和电镀工艺虽然过程较为简单，但通常会对环境造成污染；而化学转化膜中工艺过程中需要采用六价铬离子，属于重金属离子，具有毒性，对环境有污染，废液处理成本也相对较高。
硅烷偶联剂是应用最广泛的一类偶联剂，是一类具有特殊结构的低分子有机硅化合物。硅烷偶联剂可以与无机物中的羟基和有机聚合物中的长分子链相互作用，使两种不同性质的材料偶联起来，从而改善生物材料的各种性能。其用于金属腐蚀防护方面的应用，主要是通过硅烷偶联剂水解生成硅醇与金属表面的羟基结合，形成涂层，提高其抗腐蚀性。
利用化学基团的自组装的方式不仅可以提高表面的生物相容性，同时也可以控制基体的腐蚀速率。通常，可以用于自组装的分子有硅烷，磷酸，羧酸和多巴胺。通过该方法制备出的涂层通常较为均匀、平整，可以有效地隔离基体与腐蚀介质的接触，从而提高其耐蚀性能。
技术实现要素：
本发明正是针对上述现有技术情况而设计提供了一种镁合金表面硅烷处理耐腐蚀涂层的制备方法，其目的是在于有效地提高镁合金的抗腐蚀的能力。
本发明的上述目的通过以下技术方案来实现的：
该种镁合金抗腐蚀防护涂层的制备方法，包括对镁合金基体的表面预处理、涂层的制备和对涂层的后处理工序，其特征在于：先将镁合金表面进行打磨，碱洗，酸洗进行预处理，涂层制备在室温环境下通过自组装方式在镁合金形成有机硅烷膜层。
上述的镁合金抗腐蚀防护涂层的制备方法具体包括以下步骤：
A、硅烷溶液的配制：配制醇水比值为9-1/9、硅烷偶联剂KH550为2-14％的水溶液，静置6-24小时后待用；
B、酸洗溶液的配制：配制质量浓度为19.2g/L的乙酸溶液，并向其中加入50g/L的硝酸钾，配成透明澄清的溶液；
C、碱洗溶液的配制：配制质量浓度为20g/L的氢氧化钠溶液，并向其中依次加入50g/L和25g/L硅酸钠和磷酸三钠，配成透明澄清的溶液；
D、试样的预处理：将镁合金分别用360目，600目，800目，1000目的砂纸打磨，并进行碱洗和酸洗处理；
E、涂层的制备：将试样置入硅烷溶液中0.5-2分钟，缓慢提拉，待试样表面晾干后，重复操作一次，然后将试样放入80-120℃烘干箱中保温0.5-2小时。
本发明中KH550型硅烷偶联剂水解机理如下：
NH2(CH2)3Si(OC2H5)3+H2O→NH2(CH2)3Si(OC2H5)2OH+C2H5OH
NH2(CH2)3Si(OC2H5)2OH+H2O→NH2(CH2)3SiOC2H5(OH)2+C2H5OH
NH2(CH2)3SiOC2H5(OH)2+H2O→NH2(CH2)3Si(OH)3+C2H5OH
KH550型硅烷偶联剂在室温条件下水解6小时，形成适量的硅醇分子，与预处理后的镁合金通过自组装方式，在表面形成一层硅烷膜，并通过这层膜诱导生成钙磷涂层，提高其表面的生物相容性。
本发明技术方案具有以下优点：
1、实验过程温度低，不会破坏基体的结构，不会改变基体的晶粒大小，对基体的热影响小
2、可以制备出有机-无机相结合的复合涂层。
3、制备出的复合涂层，有机硅烷部分较为致密、均匀，无机钙磷部分呈纤维状，有利于细胞的附着。
附图说明
图1.为醇水比值为1/9，2％硅烷偶联剂水解6小时后处理的镁合金表面的500倍下的扫描电镜图片
图2.为醇水比值为1/9，6％硅烷偶联剂水解6小时后处理的镁合金表面的500倍下的扫描电镜图片
图3.为醇水比值为1/9，10％硅烷偶联剂水解6小时后处理的镁合金表面的500倍下的扫描电镜图片
图4.为醇水比值为9，6％硅烷偶联剂水解6小时后处理的镁合金表面的500倍下的扫描电镜图片
图5.为醇水比值为1/9，6％硅烷偶联剂水解24小时后处理的镁合金表面的500倍下的扫描电镜图片
图6.为实施例2的镁合金的极化曲线
具体实施方式
下面结合实例和附图对本发明作进一步的描述：
实施例1.
A、硅烷溶液的配制：配制醇水比值为1/9、硅烷偶联剂KH550为2％的水溶液，静置6小时后待用；
B、酸洗溶液的配制：配制质量浓度为19.2g/L的乙酸溶液，并向其中加入50g/L的硝酸钾，配成透明澄清的溶液；
C、碱洗溶液的配制：配制质量浓度为20g/L的氢氧化钠溶液，并向其中依次加入50g/L和25g/L硅酸钠和磷酸三钠，配成透明澄清的溶液；
D、试样的预处理：将镁合金分别用360目，600目，800目，1000目的砂纸打磨，并进行碱洗和酸洗处理；
E、涂层的制备：将试样置入硅烷溶液中1分钟，缓慢提拉，待试样表面晾干后，重复操作一次，然后将试样放入100℃烘干箱中保温1小时。
图1中可以看出涂层表面较为粗糙，涂层涂覆的不是很均匀，涂层厚度相对较薄，并没有提供足够的隔离来提高耐蚀性能。
实施例2
A、硅烷溶液的配制：配制醇水比值为1/9、硅烷偶联剂KH550为6％的水溶液，静置6小时后待用；
B、酸洗溶液的配制：配制质量浓度为19.2g/L的乙酸溶液，并向其中加入50g/L的硝酸钾，配成透明澄清的溶液；
C、碱洗溶液的配制：配制质量浓度为20g/L的氢氧化钠溶液，并向其中依次加入50g/L和25g/L硅酸钠和磷酸三钠，配成透明澄清的溶液；
D、试样的预处理：将镁合金分别用360目，600目，800目，1000目的砂纸打磨，并进行碱洗和酸洗处理；
E、涂层的制备：将试样置入硅烷溶液中1分钟，缓慢提拉，待试样表面晾干后，重复操作一次，然后将试样放入100℃烘干箱中保温1小时。
图2中可以看出涂层表面较为均匀、平整，涂层厚度也有所提高，很好地隔离了基体与腐蚀介质，耐腐蚀性能得到显著提升。
实施例3
A、硅烷溶液的配制：配制醇水比值为1/9、硅烷偶联剂KH550为10％的水溶液，静置6小时后待用；
B、酸洗溶液的配制：配制质量浓度为19.2g/L的乙酸溶液，并向其中加入50g/L的硝酸钾，配成透明澄清的溶液；
C、碱洗溶液的配制：配制质量浓度为20g/L的氢氧化钠溶液，并向其中依次加入50g/L和25g/L硅酸钠和磷酸三钠，配成透明澄清的溶液；
D、试样的预处理：将镁合金分别用360目，600目，800目，1000目的砂纸打磨，并进行碱洗和酸洗处理；
E、涂层的制备：将试样置入硅烷溶液中1分钟，缓慢提拉，待试样表面晾干后，重复操作一次，然后将试样放入100℃烘干箱中保温1小时。
图3中可以看出含量为10％虽然较为均匀、平整，但表面有一些凹坑，会影响其在耐蚀性上地一些表现。
实施例4
A、硅烷溶液的配制：配制醇水比值为9、硅烷偶联剂KH550为6％的水溶液，静置6小时后待用；
B、酸洗溶液的配制：配制质量浓度为19.2g/L的乙酸溶液，并向其中加入50g/L的硝酸钾，配成透明澄清的溶液；
C、碱洗溶液的配制：配制质量浓度为20g/L的氢氧化钠溶液，并向其中依次加入50g/L和25g/L硅酸钠和磷酸三钠，配成透明澄清的溶液；
D、试样的预处理：将镁合金分别用360目，600目，800目，1000目的砂纸打磨，并进行碱洗和酸洗处理；
E、涂层的制备：将试样置入硅烷溶液中1分钟，缓慢提拉，待试样表面晾干后，重复操作一次，然后将试样放入100℃烘干箱中保温1小时。
图4中可以看出涂层表面出现一些凸起可能时硅烷偶联剂水解不完全黏度较高所致。
实施例5
A、硅烷溶液的配制：配制醇水比值为1/9、硅烷偶联剂KH550为6％的水溶液，静置24小时后待用；
B、酸洗溶液的配制：配制质量浓度为19.2g/L的乙酸溶液，并向其中加入50g/L的硝酸钾，配成透明澄清的溶液；
C、碱洗溶液的配制：配制质量浓度为20g/L的氢氧化钠溶液，并向其中依次加入50g/L和25g/L硅酸钠和磷酸三钠，配成透明澄清的溶液；
D、试样的预处理：将镁合金分别用360目，600目，800目，1000目的砂纸打磨，并进行碱洗和酸洗处理；
E、涂层的制备：将试样置入硅烷溶液中1分钟，缓慢提拉，待试样表面晾干后，重复操作一次，然后将试样放入100℃烘干箱中保温1小时。
图5中可以看到涂层表面呈块状，并且有些地方出现脱落的现象，可能是水解时间过长，硅烷偶联剂间出现聚合所致。
上述硅烷溶液的配制：乙醇与水体积比值范围可选为9-1/9。
上述KH550型硅烷偶联剂体积分数可选为2％-10％。
上述KH550型硅烷偶联剂水解时间可选为6-24小时。
上述试样置入硅烷溶液可选0.5-2分钟
上述试样涂覆后可在80-120℃环境下保温。
上述保温时间可选为0.5-2小时
以上所述内容为本发明构思下的基本说明，而依据本发明所做的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。
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