[发明专利]一种表面具有超疏水膜层的镁合金的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料表面改性领域，具体涉及一种在镁合金表面制备超疏水膜层的工艺方法。

背景技术

随着工业化进程，人们对所设计的产品的也在要求不断地提高，希望尽可能降低能源的消耗、提高对能源的利用率、减小对环境的污染并节约有限的资源。作为地球上最轻的常规金属结构材料，镁及镁合金具有优良的特性: 1. 镁合金的密度为1.74 ~ 1.85 g /cm³，是较轻的结构材料，更有研究者将其称之为最轻的结构金属材料；2. 镁合金的比刚度接近铝合金和钢，远高于工程塑料；3. 在弹性范围内，镁合金受到冲击载荷时，在同样的受力条件下，可消耗更大的变形功；4. 镁合金具有良好的挤压性能与成型性能；5. 具有高的导热和导电性能、无磁性和无毒的特点；6. 具有电磁屏蔽、防辐射性能；7. 100% 回收再利用。镁合金的这些特性可使其成为汽车工业、航空工业以及电子工业中首选的结构材料。

但是由于镁的活性很高，而且其腐蚀后产生的氧化物疏松多孔，导致其腐蚀反应会一直发生，严重阻碍了镁合金的大范围应用。改善镁合金耐蚀能力可以从两个方面入手，一方面是改变镁合金组成成分，另一个方法是对镁合金表面进行改性。前者研究过程复杂，投入很大，所以多数研究者把精力放在镁合金表面改性上。

超疏水作为一种奇特的自然现象，近年来引起了许多国内外研究者的关注，其主要特性有抗水、自清洁、抗污染等。其中的抗水特性能有效阻碍水及水溶液在固体表面的润湿，如果镁合金具备超疏水特性，其表面电化学腐蚀反应会因电解质的减小而受到抑制，从而大大腐蚀速率会大大减缓。但是目前对于在镁合金上制备超疏水表面的报道鲜见，主要因为在制备过程中，往往会遇到两个问题：一是镁合金的高活性，目前许多的制备方法的研究对象都是纯铜、不锈钢等惰性基体，这些方法是不能直接应用在镁合金上的，否则会发生严重的副反应；另一个问题是镁合金表面的化学活性不均一性，镁合金往往至少由两相组成，而这些相的化学活性是不一致的，所以在处理过程中不同的相表面反应、反应程度会不一致，这会导致得不到均一的处理效果。在本发明中，镁合金的两个特点（高活性和表面活性不均一性）被巧妙地利用起来制备超疏水膜层，使镁合金具备了抗水、自清洁和抗腐蚀功能，同时本发明制备工艺简单、快速、无污染、能耗低，能在较短时间内制备出具有超疏水表面的镁合金，这对提高生产率、节约能源、大规模工业化生产是十分有益的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种表面具有超疏水膜层的镁合金的制备方法，以获得均一的镁合金表面，并使镁合金具有良好的超疏水性能，从而具有很好的耐蚀性能和自清洁特性。

本发明目的是通过以下措施实现的：

一种表面具有超疏水膜层的镁合金的制备方法，包括制备粗糙结构和降低表面能步骤，其特征在于：所述制备粗糙结构步骤包括将常规预处理后的镁合金进行酸刻蚀，酸刻蚀液配方和处理参数为：醋酸10-40 mL·L^-1，磷酸5-20 mL·L^-1，硝酸1-10 mL·L^-1，反应温度为20-30 ^oC，时间为1-6 min。

发明人将弱酸和强酸配合作为酸刻蚀液使用，并恰当的控制酸刻蚀的反应时间和温度，既可以得到镁合金表面的粗糙结构，作为制备膜层和超疏水层的基础，又可生成保护层，从而避免过度氧化，破坏镁合金结构，利于制备均一的镁合金超疏水表面。

当醋酸40 mL·L^-1，磷酸10 mL·L^-1，硝酸5 mL·L^-1，反应温度为25 ^oC ，时间为2 min时，镁合金表面可获得更合适的粗糙结构和保护层，以实现更优的超疏水性能和获得更均一的镁合金表面。

进一步地，为了提高镁合金的超疏水性能，上述制备粗糙结构步骤包括将经酸刻蚀处理后的镁合金浸锌，浸锌液配方和处理参数为：ZnSO₄·7H₂O为30-40 g·L^-1，NaP₂O₇·10H₂O为120 g·L^-1，KF为5g·L^-1，Na₂CO₃为5g·L^-1, 调节pH 9.7-10.0，反应温度 80-85 ^oC，时间2.5-7.5 min。