[发明专利]一种在镁及其合金表面原位制备层状双氢氧化物抗腐蚀性涂层的方法

说明书

本发明涉及一种在镁及其合金表面原位制备层状双氢氧化物抗腐蚀性涂层的方法，包括：首先在镁及其合金表面制备金属A元素的氢氧化物涂层，然后通过化学转换将所得金属A元素的氢氧化物涂层转换成层状双氢氧化物抗腐蚀性涂层；所述金属A元素的氢氧化物涂层中A元素为Fe、Mn中的一种，优选所述金属A元素的氢氧化物涂层为羟基氧化铁(FeO(OH)、或羟基氧化锰(MnO(OH)。

技术领域

本发明涉及一种镁及其合金材料表面改性的方法，具体涉及一种先通过电化学沉积在材料表面构建金属氢氧化物(例如，(FeO(OH))或(MnO(OH)))，并进一步将电化学沉积后的样品在水中进行水热处理而形成层状双氢氧化物抗腐蚀性涂层的表面改性方式，属于金属材料表面改性技术领域。

背景技术

镁的密度为1.738g/cm³，属于轻质金属材料，同时具有较好的吸噪、减震和防辐射性能。因此，镁及其合金材料在航空航天工业、军工领域、交通领域等都发挥着重要作用。此外，在医用金属材料领域，镁及其合金由于具有完全可降解性，有望成为下一代医用金属材料。然而，镁的电化学势太低，在潮湿的空气中或者置于水溶液中，极易发生腐蚀。对于航空航天、军工和交通领域而言，过快的腐蚀使得镁合金构建存在极大的安全隐患。对于医用镁合金金属材料而言，过快的腐蚀使得植入体过早地失去机械性能，而且植入体周围会产生氢气腔以及碱性微环境，最终导致植入失效。

镁及其合金表面改性是一种提高其抗腐蚀性的常用方法。近年来，层状双氢氧化物涂层在金属防腐蚀领域的应用引起了许多研究者的关注。而且已有研究表明，通过水热处理制备镁铝层状双氢氧化物(Mg-Al LDH)涂层，可以利用其独特的离子交换性能提高镁合金的抗腐蚀性(参见文献1：ACS Appl.Mater.Interfaces,2016,8(51)，35033–35044)。

现有的，在镁合金表面原位生长制备层状双氢氧化物涂层的工艺主要为直接水热处理和蒸涂法。直接水热处理是指将镁基底加入到含有三价离子的碱性溶液中，然后将其置于高温反应釜中，在高温高压下反应制得。与直接水热法相反，蒸涂法是将镁合金置于反应溶液的顶部，然后再高温反应釜中利用高温高压所产生的水蒸汽腐蚀镁合金表面而生成层状双氢氧化物。但，上述两种方法都只适用于制备镁铝层状双氢氧化物，且制备的涂层中往往包含不利于提高耐腐蚀性的氢氧化镁相(参见文献2：J Mater.Sci.Technol.,2018,34,1455-1466)，其耐腐蚀性能较差。

发明内容

由于层状双氢氧化物涂层在金属材料抗腐蚀领域展现出巨大的应用前景，为解决现有的镁及其合金材料抗腐蚀性差的问题，本发明的目的在于提出了一种在镁及其合金表面原位构建层状双氢氧化物抗腐蚀性涂层的方法，包括：首先在镁及其合金表面制备金属A元素的氢氧化物涂层，然后通过化学转换将所得金属A元素的氢氧化物涂层转换成层状双氢氧化物抗腐蚀性涂层(Mg/A层状双氢氧化物)；所述金属A元素的氢氧化物涂层中A元素为Fe、Mn中的一种，优选所述金属A元素的氢氧化物涂层为羟基氧化铁(FeO(OH))、或羟基氧化锰(MnO(OH))。

在本公开中，在镁及其合金表面原位制备的层状双氢氧化物抗腐蚀性涂层的过程包括：金属氢氧化物涂层的合成、以及化学转换过程。

较佳地，以镁及其合金作为阴极，以石墨、不锈钢和铂中的至少一种作为阳极，利用电沉积技术在镁及其合金表面制备金属A元素的氢氧化物涂层。例如，本发明中利用电化学沉积技术在镁及其合金表面制备金属氢氧化物(FeO(OH)或MnO(OH))。其中，金属氢氧化物涂层的合成过程通过电化学沉积完成，其所得金属氢氧化物涂层呈非晶态，金属离子呈三价。

较佳地，当所述金属A元素的氢氧化物涂层为羟基氧化铁(FeO(OH))，所述电沉积技术的参数包括：电解液为0.50～1.00g/L的硝酸铁和/或氯化铁溶液(含有硝酸铁和氯化铁中的至少一种)，溶剂为无水乙醇，电压为100～120V，时间为1～3分钟。