[发明专利]一种镁合金表面超疏水结构的复合制备方法

说明书

本发明涉及一种镁合金表面超疏水结构的复合制备方法。首先通过喷砂处理工艺使镁合金基体表面形貌特征改变，以在表面构造一级微米尺度粗糙结构；然后将喷砂处理后的镁合金表面置于氨水中浸泡，并将浸泡后的镁合金转入箱式电阻炉中高温氧化；然后将高温氧化后的镁合金表面浸入含有铜盐和低表面自由能物质的混合电解液中进行电沉积反应，并控制沉积电压与时间，处理完成后冲洗烘干，冷却后得到具有低水滴黏附性和耐蚀性的表面超疏水结构。本发明采用喷砂处理的物理方法制备微米级粗糙表面结构，具有结构可控及稳定性更好的优点，通过在混合电解液中一步完成微细结构优化和低表面能沉积修饰，效率高及可控性好，且综合成本低，易工业化应用。

技术领域

本发明属于金属表面制备技术领域，具体涉及到一种镁合金表面超疏水结构的复合制备方法。

背景技术

镁合金具有比强度高、比刚度大、切削加工性好、生物相容性能优良和高度可回收等优点，在工程领域得到了广泛的应用。然而，镁的化学活性高，性质活泼，尤其在潮湿空气、含硫气氛或海洋大气环境中，表面极易被氧化形成疏松多孔的氧化膜，从而导致耐蚀性变差，这在很大程度上制约了其发展。现有研究报道表明，超疏水表面具有较低的表面自由能，能够有效地改善基底材料的润湿性，在耐蚀防护领域有广泛的应用前景。因此，对镁合金表面进行超疏水研究，对于提高镁合金耐腐蚀性能，扩展其工程应用范围具有重要意义。

在合金表面制备超疏水结构通常需要两个步骤：首先在表面进行粗化处理，构筑微纳米粗糙结构；其次是利用低表面自由能物质修饰所获得的粗糙结构，以降低其表面能。国内外现有的制备表面耐腐蚀超疏水结构的方法很多，如刻蚀法、溶胶-凝胶法、电化学法、模板法等。与其它制备方法相比，刻蚀法，工艺操作简单，加工成本低，常用于表面超疏水结构的制备。朱亚利等通过简单的盐酸刻蚀方法构建出具有微纳复合结构的镁合金表面，在其表面接枝疏水长链后，制备出超疏水镁合金表面(朱亚利等.材料工程,2016,44(1):66-70)。Wang等将前处理后的AZ31合金浸入CuCl₂溶液刻蚀后，制备出具有微孔特征的粗糙表面结构，经油酸修饰得到超疏水膜层(Wang H Y et al.Colloids and Surfaces A:Physicochemical and Engineering Aspects,2016(509):351-358)。中国专利(201210467681.3)公开的方法是采用激光刻蚀结合纳米结构构筑及低表面物质涂覆的方法，制得了超疏水表面结构，超疏水性能较好，且具有充分的稳定性。

上述制备超疏水表面的方法中，主要通过刻蚀液化学刻蚀和物理方法刻蚀构筑表面粗糙结构，但其中方法还比较单一，存在一些问题。如化学刻蚀法周期长，重复性低，可控性较差，强酸和强碱使用对环境不利，而单纯物理刻蚀过程中虽然表面结构可控，稳定性好，但很难形成超疏水基体所要求的微纳复合结构表面。因此，结合物理和化学刻蚀法的各自优点，本发明开发出一种更经济、简单、高效的超疏水表面结构的复合制备技术。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种镁合金表面超疏水结构的复合制备方法。该方法安全、环保、高效且可控性高。

本发明采用以下技术方案：

一种镁合金表面超疏水结构的复合制备方法，包括以下步骤：

(1)将镁合金表面依次用800^#，1500^#，2000^#砂纸打磨及抛光处理，将抛光后的镁合金表面依次放置于丙酮、无水乙醇和蒸馏水中超声波清洗并吹干；

(2)采用压缩空气将微米级棕刚玉砂丸对镁合金表面进行喷砂处理，在镁合金表面构造出一级微米尺度粗糙结构。喷砂所用砂丸目数为36～180目，气流压力为0.2～0.6MPa，喷射时间为10秒～10分钟。

随后再次将具有粗糙表面结构的镁合金依次放置于丙酮、无水乙醇和蒸馏水中超声波清洗，除去表面的污垢并吹干；