[发明专利]镁合金表面微弧氧化纳米自组装金属陶瓷涂层及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及镁合金表面高耐蚀/耐磨复合防护涂层及制备方法，属于金属表面处理技术领域，具体为镁合金表面微弧氧化纳米自组装金属陶瓷涂层及制备方法。

背景技术

镁合金是满足轻质化、环保化和性能优化发展的最具潜力的金属结构材料。但是，镁的热力学稳定性差，且氧化膜结构疏松(PBR＜1)，致使镁合金的耐腐蚀能力较差；而且，由于镁的活性高，对涂/镀层的完整性(微观缺陷)、抗机械损伤能力要求较高。因此，解决综合防护问题是推动镁合金应用的关键所在。

微弧氧化技术由于所形成的氧化膜是陶瓷性的，并且与基体具有良好的结合，同时，其硬度、耐磨性较高，因而成为镁合金最有前景的表面处理技术手段。然而，由于成膜时等离子烧结及成膜体积效应等原因，所形成的氧化膜是一种微孔结构，其自身的防护能力有限。因此，发展基于微弧氧化的复合涂层技术是实现镁合金综合防护性能的一种必然趋势。

自组装单分子膜(Self-assembled monolayers：SAM)是近20年来发展起来的一种新型的有机超薄膜。由于其堆积紧密和结构稳定，具有防止腐蚀，减少摩擦及降低磨损的作用；此外，与分子束外延生长，化学气相沉积等方法制备的超薄膜相比，SAM具有更高的有序性和取向性。近年来，国内大连海事大学的孙昌国首次尝试在镁、铝合金表面以及氧化膜表面进行自组装技术的改性，以提高镁、铝合金表面的摩擦学特性(孙昌国等，基于自组装技术改性处理镁和铝金属的摩擦学特性研究，功能材料，2008/10，1761-1764)。但是，利用自组装膜特殊的三部分结构特性(分子头基，分子的烷基链以及分子的末端基团)作为中间体，在镁合金表面微弧氧化膜和复合剂之间进行化学键合，以提高复合涂层在微孔中的结合性，同时实现复合剂在微弧氧化微孔中的致密化封闭作用，目前国内外还未见报道。

另外，金属无机陶瓷涂层具有与有机涂层完全不同的物理化学性质，在制备过程中完全不使用有机溶剂，避免了有机涂层制备过程中的环境污染问题。另外金属无机陶瓷涂层经过热处理后可获得陶瓷性质的涂层，具有耐磨、耐热、耐腐蚀性能。目前，有关金属无机陶瓷涂层在镁合金表面，尤其在微弧氧化膜层表面进行复合处理，国内外没有任何报道。

综合以上分析，基于镁合金微弧氧化膜的微孔结构特点、自组装纳米膜的双向化学键合和高密堆积特性以及金属无机陶瓷涂层的高防护、高耐磨和耐刮伤的技术优势，本专利提出研究开发既具有良好结合力、防护性能(抗腐蚀疲劳)以及高耐磨性的微弧氧化自组装金属陶瓷涂层的制备实用技术，从而避免复合防护涂层微观缺陷效应导致的在动态载荷冲击下防护失效，最终解决镁合金应用所面临的防护瓶颈问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种镁合金表面微弧氧化纳米自组装金属陶瓷涂层及制备方法，该方法制备的复合涂层与基体结合牢固、完整致密且具有一定的厚度，使得制备的复合涂层有效地提高镁合金基体的耐蚀性，同时，该复合涂层具有较高的硬度、耐磨性和抗刮伤性，进而实现了镁合金的高强综合防护性能。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种镁合金表面微弧氧化纳米自组装金属陶瓷涂层，该涂层包括依次附着在镁合金表面的微弧氧化陶瓷层、自组装纳米膜和无机金属陶瓷涂层。

微弧氧化陶瓷层为在镁合金表面通过等离子体电解氧化形成的陶瓷层；自组装纳米膜为微弧氧化陶瓷层在纳米自组装溶液中进行浸渍或高压喷涂，然后将其烘干或晾干后形成；无机金属陶瓷涂层是在自组装陶瓷膜的表面采用高压喷涂的方法将无机金属涂料喷涂在其表面，然后采用低温烧结的技术形成。其中，微弧氧化陶瓷层厚度为5～35μm，孔隙率为20～80％，孔径大小为1～10μm；自组装纳米膜厚度为0.1～10μm；无机金属陶瓷涂层厚度为10～50μm。

一种镁合金表面微弧氧化纳米自组装金属陶瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：

1)镁合金表面通过等离子体电解氧化形成微弧氧化陶瓷层；

2)对步骤1)中的微弧氧化陶瓷层进行预活化处理；

3)经步骤2)处理后的微弧氧化陶瓷层在纳米自组装溶液中进行浸渍或高压喷涂，然后将其烘干或晾干后形成中间层纳米自组装陶瓷膜；

4)对经过步骤3)处理的自组装陶瓷膜的表面采用高压喷涂的方法将无机金属涂料喷涂到其表面，然后采用低温烧结的技术形成外层的无机金属陶瓷涂层。