[发明专利]一种铝合金表面耐腐蚀自组装掺杂膜层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料表面电化学腐蚀领域，特别涉及一种在铝合金表面具有耐腐蚀功能的掺杂TiO₂微粒自组装膜层及其制备方法。

背景技术

铝及铝合金由于具有强度高、密度小、导电导热性强、力学性能优异、可加工性好等优点而广泛应用于化学工业、航空航天工业、汽车制造业、食品工业、电子、仪器仪表业以及海洋船舶工业等领域。但在实际应用过程中，铝合金就呈现出表面硬度较低、耐磨性及耐蚀性差等诸多问题，这在很大程度上限制了铝合金的应用范围。铝合金成分和热处理对铝合金性能的提高固然很大，但在许多场合还要求铝合金表面具有耐磨、耐腐蚀等特殊性能，而且大部分铝合金材料的失效大都是从表面开始的，因而提高材料的表面性能显得尤为重要。目前通过自组装技术在基体表面形成由化学键连接的具有一定取向、紧密排列的二维有序的分子膜。且在此基础上添加了TiO₂颗粒制备出具有较高耐蚀性的自组装掺杂膜层，该方法操作简单方便，无需复杂贵重的仪器。

发明内容

本发明的目的是提供一种铝合金表面耐腐蚀自组装掺杂膜层及其制备方法。

本发明的铝合金表面耐腐蚀自组装掺杂膜层在铝合金表面，包括自组装膜及其掺杂微粒。

本发明的铝合金表面耐腐蚀自组装掺杂膜层为在经预处理后的铝合金表面通过自组装技术与微粒的共同作用而形成自组装掺杂膜，再经烘干而制得。

制备该铝合金表面耐腐蚀自组装掺杂膜层的具体步骤为：

(1)铝合金先经浓度为30~60 g/L的NaOH溶液除去表面包铝层；随后依次用600#、1000#和1200#砂纸逐级打磨至光滑，用分析纯丙酮和超声波清洗5~15 min；随后再采用浓度为1~5 mol/L的NaOH溶液在20~50℃下碱洗1~10 min，最后用去离子水清洗2~3次，干燥待用。

(2)将无水乙醇与双（γ-三乙氧基硅基丙基）四硫化物按照体积比为70~90:30~10配制成总体积为80~100 mL的混合溶液，待溶液陈化1~6 h稳定后，加入1~30mL聚乙二醇200，超声震荡60~120 min，同时加入100~500 mg TiO₂微粒，使其分散均匀，最后滴加分析纯乙酸调节溶液pH值至4~6，待用。

(3)将步骤(1)处理后待用的铝合金浸入步骤(2)所得待用溶液中浸泡1~10 min后取出；再用去离子水清洗以去除表面溶液，80~120℃下真空干燥箱固化1~3小时后，即制得铝合金表面耐腐蚀自组装掺杂膜层。

所述原料和试剂均为化学纯及以上纯度。

本发明成本低，制备工艺简单，成膜时间短，所制备的自组装掺杂膜具有高阻抗、低腐蚀电流密度，膜层表面均匀平整，在铝合金基体上结合力好，能很好的提高铝合金表面防腐蚀能力，且对环境和设备不造成污染。

附图说明

图1为本发明实施例制备的铝合金表面耐腐蚀自组装掺杂TiO₂膜层的SEM图。

具体实施方式

实施例：

(1)铝合金先经浓度为40 g/L的NaOH溶液除去表面包铝层；随后依次用600#、1000#和1200#砂纸打磨至光滑，用分析纯丙酮和超声波清洗15分钟；随后再采用浓度为4 mol/L的NaOH溶液在25℃下碱洗1分钟，最后用去离子水清洗3次，干燥待用。

(2)将无水乙醇与双（γ-三乙氧基硅基丙基）四硫化物按照体积比为85:15配制成总体积为100 mL的混合溶液，待溶液陈化5 h稳定后，加入15mL聚乙二醇200，超声震荡90 min，同时加入300 mg TiO₂微粒，使其分散均匀，最后滴加分析纯乙酸调节溶液pH值至6，待用。

(3)将步骤(1)处理后待用的铝合金浸入步骤(2)所得待用溶液中浸泡5 min后取出；再用去离子水清洗以去除表面溶液，100℃下真空干燥箱固化1小时后，即铝合金表面耐腐蚀自组装掺杂TiO₂膜层。

所述原料和试剂均为分析纯。

极化曲线是腐蚀科学中常用的电化学手段之一，是研究膜层、涂层、转化膜等覆盖金属电极腐蚀速率的有效工具。对本实施例制备的铝合金表面耐腐蚀自组装掺杂TiO₂膜层进行电化学耐蚀性能测试，采用三电极体系，质量百分比浓度为3.5%的NaCl水溶液为腐蚀介质，对其进行塔菲尔曲线扫描得到结果如表1。

表1：试样在3.5%(w)NaCl水溶液中的自腐蚀电位及腐蚀电流密度的对比