[发明专利]一种镁合金表面复合自修复涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种镁合金表面复合自修复涂层及其制备方法，属于金属表面处理技术领域。该复合自修复涂层是由微弧氧化自修复底层和纳米自组装自修复表层构成。其中，微弧氧化自修复底层采用微弧氧化工艺，在镁合金表面形成微孔骨架结构，之后在微孔中添加锡酸盐缓蚀剂；纳米自组装自修复表层是由有机硅烷通过缩合交联反应而形纳米二氧化硅涂层，之后在纳米涂层中掺有包含缓蚀剂的明胶‑壳聚糖的微囊。通过双层自修复涂层协同效应，可大幅度提高镁合金试样的防护能力，延长镁合金的服役寿命。

技术领域

本发明涉及金属表面处理技术领域，具体涉及一种镁合金表面复合自修复涂层及其制备方法。

背景技术

镁的相对密度只有1.74g/cm³，是目前最轻的金属结构材料之一，此外还具有比强度和比刚度大，具有良好的减震性、热传导性、电磁屏蔽性、机械加工性能及再加工回收特性，近年来广泛应用于航空航天、汽车、3C等领域。

然而镁合金高化学活性，其自身防护性难以得到长期可靠保障，为此，在镁合金表面形成腐蚀防护性涂层(例如有机涂层、金属镀层、氧化膜层等)成为有效的手段之一。然而，传统的防护涂层在遭受到破坏后，破损处很容易发生丝状腐蚀，进而导致涂层与镁合金基体剥离而失效。自修复是指在没有外力的作用下，当涂层受到破坏时，涂层能对受损坏进行全部或部分的自我修复，从而达到延缓腐蚀的目的。显然，自修复涂层的出现成为镁合金应用领域的一个新的研究热点。

发明内容

为了克服传统镁合金涂层防护性能局限性，进一步延长镁合金涂层的腐蚀防护的寿命，本发明提供一种镁合金表面复合自修复涂层及其制备方法，该方法是基于电化学氧化-有机涂层封孔的思路，通过构建缓蚀剂-微囊双重保障，在镁合金表面形成双层复合自修复涂层结构；通过双层自修复涂层协同效应，可大幅度提高镁合金试样的防护能力，延长镁合金的服役寿命。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种镁合金表面复合自修复涂层，该复合自修复涂层是由微弧氧化自修复底层和纳米自组装自修复表层复合而成；其中：所述微弧氧化自修复底层为采用微弧氧化工艺在镁合金表面制备的多孔微弧氧化层，微弧氧化层的微孔内添加锡酸盐缓蚀剂；所述纳米自组装自修复表层是由有机硅烷通过缩合交联反应而形成的纳米二氧化硅涂层，该纳米涂层中掺有包覆有机缓蚀剂的明胶-壳聚糖微囊。

所述锡酸盐缓蚀剂为锡酸钠缓蚀剂，所述有机缓蚀剂为β-内酰胺类、磺胺类或喹诺酮类等。

所述微弧氧化自修复底层的厚度为1～10μm，所述纳米自组装自修复表层的厚度为10～40μm。所述镁合金表面复合自修复涂层的制备方法，首先采用微弧氧化工艺在镁合金表面形成一层多孔的微弧氧化层，之后在微弧氧化层的微孔中添加锡酸盐缓蚀剂形成所述微弧氧化自修复底层；之后基于纳米自组装技术，将掺杂有包覆有机缓蚀剂的明胶-壳聚糖微囊制备成纳米自组装自修复表层；从而获得所述镁合金表面复合自修复涂层。

所述微弧氧化工艺的具体过程为：将镁合金基体放入电解液中，采用脉冲方式进行等离子电解氧化，微弧氧化电解液组成为：氢氧化钠(NaOH)2～10g/L，硅酸钠(Na₂SiO₃)1～15g/L，氟化钠(NaF)0.5～4g/L，其余为水；脉冲频率为500～1500Hz，电流密度为2～10A/dm²，温度为50℃，氧化时间为30～120min。

在微弧氧化层的微孔中添加锡酸盐缓蚀剂的过程为：将制备有微弧氧化层镁合金试样置入90℃的反应液中反应1h，取出后在95℃烘干；其中：所述反应液的组成为：锡酸钠(Na₂SnO₃)30～50g/L，氢氧化钠(NaOH)2～15g/L，醋酸钠(NaAc)5～20g/L，其余为水。

将掺杂有包覆有机缓蚀剂的明胶-壳聚糖微囊制备成纳米自组装自修复表层的过程包括如下步骤：