[发明专利]用于镁合金服役的纳米自组装渗透剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于镁合金表面处理技术领域，具体涉及一种用于镁合金服役的纳米自组装渗透剂及其制备方法和应用。

背景技术

镁合金是目前最轻的金属结构材料之一，具有比强度和比刚度大，良好的减震性、热传导性、电磁屏蔽性、机械加工性能及再加工回收特性等众多优点。然而迄今为止，其应用潜力和现实之间依然存在巨大的反差，这是由于镁是极其活泼的金属，标准电极电势为-2.36V(vs.SCE)，在常用介质中的电势也都很低。因此，镁合金在实际腐蚀环境中服役使用，就必须要对其表面进行处理，这就对镁合金表面涂/镀层的完整性、与基体的结合性能以及防护性能提出了较高要求。

目前，微弧氧化和磷化技术都是镁合金表面膜原位生长技术，具有先天优势，是在未来最有可能工业化的镁合金表面处理技术。但是，由于两种膜层本身具有疏松微孔的结构缺陷，导致它们不能单独作为镁合金表面处理技术，即使再结合一些简单的涂装工艺形成复合涂层，也难以形成对镁合金基体的有效保护，这是由于：第一，一般涂装材料的弹性模量和线膨胀系数与氧化膜(或磷化膜)相差较大，不能形成良好的匹配，这就很容易在涂层内部形成较大的微缺陷。这种镁合金复合涂层一旦在实际腐蚀环境中服役使用，腐蚀性介质很容易通过这些涂层和微弧氧化(或磷化膜)的微缺陷到达镁基体表面，引起腐蚀发生，导致复合涂层鼓泡和失效；第二，一般涂料与微弧氧化陶瓷层(或磷化膜)之间仅为简单的物理结合，结合力十分有限，如果在实际服役过程中受到外力的作用，很容易引起复合涂层的剥落和开裂。

发明内容

本发明目的在于克服技术中镁合金微弧氧化陶瓷层和磷化膜自身的缺陷和表面涂装工艺的不足，提供一种用于镁合金服役的纳米自组装渗透剂及其制备方法和应用。本发明原料来源广泛，成本低廉；合成工艺可在室温下进行，操作方法简单高效；所制备的渗透剂低毒环保，性能稳定，适合于长期储存。

本发明的技术方案为：

用于镁合金服役的纳米自组装渗透剂，采用以下组分为原料水解反应，使用时加入脂肪族胺类固化剂的溶液调节其pH值为5.5～6.5，制成纳米自组装渗透剂；

以重量份数计，所述原料的组分为：

所述硅烷混合液为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH-560)和正硅酸四乙酯(TEOS)混合而成，KH-560和TEOS的摩尔比为(2～5)∶(0.8～1.2)；硅烷混合液还可以为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH-560)、双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物(Si69)和正硅酸四乙酯混合而成，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH-560)、双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物(Si69)和正硅酸四乙酯的摩尔比为(1～4)∶(0.6～1.5)∶(0.8～1.2)。

所述水解催化剂为乙酸和植酸的混合液，乙酸和植酸的摩尔比为(1.5～2.4)∶(0.4～1.2)；

所述助溶剂为乙醇或丙醇；

所述脂肪族胺类固化剂为二乙烯三胺或三乙烯四胺(TETA)，脂肪族胺类固化剂溶液的浓度为10mol/L。

所述用于镁合金服役的纳米自组装渗透剂的制备方法，包括以下步骤：

1)水解：将硅烷混合液、水解催化剂、助溶剂和去离子水按所需比例混溶，持续搅拌，水解3～4天，直到混合液澄清后，陈化备用；

2)交联：将脂肪族胺类固化剂配成10mol/L的溶液，使用时，在步骤1)得到的产物中加入该溶液，通过控制该溶液的含量，使混合液的pH值在5.5～6.5范围内，充分搅拌混合后，静置20～30分钟，得到纳米自组装渗透剂。

所述的水解和交联反应过程均在室温下进行。

所述用于镁合金服役的纳米自组装渗透剂的应用，该渗透剂适用于各种镁合金微弧氧化陶瓷层或磷化膜表面。

由所述纳米自组装渗透剂形成的镁合金微弧氧化-自组装复合涂层或者镁合金磷化-自组装复合涂层适用以下涂料体系涂装：环氧树脂类、酚醛树脂类、聚氨酯树脂类、醇酸树脂类、丙烯酸树脂类和氟碳类。

所述镁合金为AZ、ZM或MB，如AZ91D、AZ31B、ZM5、ZM6、MB5等。

本发明的优点及有益效果如下：

1、本发明纳米自组装渗透剂制备过程中，其水解环境为高水浓度，能加快硅烷混合液的水解反应，抑制硅烷水解中间体的聚合反应，并最终形成稳定的纳米自组装分散液。