[发明专利]一种制备超疏水镁合金表面的工艺方法

说明书

技术领域

本发明属于金属表面处理领域，涉及到一种制备超疏水镁合金表面的工艺方法。

背景

镁合金是实用金属中最轻的金属结构材料，其比重仅为铝的2/3、铁的1/4。由于镁合金具有低比重、高强度比和良好的减振性能，因此被广泛应用于工业领域，如汽车和航空工业。然而，由于镁的化学性质十分活泼，标准电极电位很负，导致镁合金的耐腐蚀性很差，在环境中极易发生阳极腐蚀，因此限制了其在工业上的大规模应用。到目前为止，已有多种方法被用于提高镁合金的耐腐蚀性。其中，研究人员发现，接触角大于150°且滚动角小于10°的超疏水表面具有很好的耐腐蚀能力，能够有效抑制镁合金的腐蚀。

虽然，金属基体超疏水表面的制备方法已有很多，但应用于镁基体的却鲜有报道。2007年，Liang等首次报道了通过微弧阳极氧化和化学修饰法制备出镁基体仿生超疏水表面，但超疏水性能却有待提高，其接触角仅大于150°，滚动角仅小于8°(Liang，J.；Guo，Z.G.；Fang，J.；Hao，J.C.Chemistry Letters 2007，36，416-417)。2008年，Jiang等通过化学刻蚀和超薄氟硅烷涂层的修饰制备出镁-锂合金基体超疏水表面(Liu，K.S.；Zhang，M.L.；Zhai，J.；Wang，J.；Jiang，L. Applied Physics Letters 2008，92，183103)。然而，该方法的加工效率较低，需要约14个小时的加工时间。2010年，Wang等通过硫酸和双氧水刻蚀以及硬脂酸修饰在纯镁上加工出了超疏水表面(Wang，Y. H.；Wang，W；Zhong，L.；Wang，J.；Jiang，Q.L.；Guo，X. Y. Applied Surface Science 2010，256，3837-3840)；Yin等通过硝酸和硝酸铜混合液刻蚀以及正辛基三乙氧基硅烷修饰在AZ31镁合金上制备出了超疏水表面(Yin，B.；Fang，L.；Hu，J.；Tang，A.Q.；Wei，W. H.；He，J.Applied Surface Science 2010，257，1666-1671)。这两种方法的加工效率较高，但由于使用了强酸，因此在反应过程中会有刺激性气味的产生，对操作人员和环境的危害较大。同年，日本的科学家Ishizaki等通过将镁合金浸泡在硝酸铈溶液中，制备出了覆盖有氧化铈薄膜的超疏水表面(Ishizaki，T.；Saito，N. Langmuir 2010，26，9749-9755)。尽管与强酸相比，氧化铈对人体和环境的危害要小很多，但氧化铈是助燃剂、对人体皮肤有刺激作用，且能长时间沉积在地下水中，进而对环境造成一定的危害。2011年，Wang等通过采用150℃的尿素浸泡和氟硅烷修饰，成功在镁合金基体上构筑了超疏水表面(Wang，J.；Li，D.D.；Gao，R.；Liu，Q.；Jing，X.Y.；Wang，Y. L.；He，Y.；Zhang，M.L. Materials Chemistry andPhysics 2011，129，154-160)。然而，该方法所需的加工时间较长，需26小时，且还需加热等辅助措施。同年，Ishizaki等介绍了一种热水浸泡法来加工镁合金基体超疏水表面(Ishizaki，T.；Sakamoto，M.Langmuir2011，27，2375-2381)，但仍存在加工时间长等问题。因此，使用一种高效、环保、安全、无毒的方法制备出稳定的镁基体超疏水表面就显得尤为重要。

发明内容

本发明提供了一种简单高效而且成本低的制备超疏水镁合金表面的工艺方法，该方法先基于电化学加工方法，采用移动式阴极在镁合金表面上构筑二元微纳米粗糙结构，再通过具有低表面能的十三氟辛基三乙氧基硅烷修饰来获得超疏水性。

本发明采用的技术方案包括如下步骤：

(1)将金属镁合金板清洗除油，然后进行机械抛光，再使用去离子水超声波清洗，吹干；

(2)将清洗干净的镁合金板固定于阳极夹具上并作为阳极，将面积尺寸小于镁合金板的金属板固定于阴极夹具上并作为阴极，通过电解液循环系统使阴阳极之间充满电解液；所采用的电解液为0.05mol/L～1mol/L的NaCl水溶液、NaBr水溶液或Na₂SO₄水溶液；