專利名稱：一種鎂合金表面超疏水涂層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在金屬基材表面上構(gòu)筑新結(jié)構(gòu)的方法，具體涉及一種在鎂合金表面制 備超疏水涂層的方法。
背景技術(shù)：
超疏水涂層具有獨(dú)特的表面性能，如自潔性、防污性、疏水性等。超疏水涂層用 于高降雪地區(qū)的衛(wèi)星天線或戶外標(biāo)牌上，可以防止因積雪導(dǎo)致的信號(hào)中斷或外觀模糊；超 疏水涂層用于金屬材料上，可以起到自清潔、抑制表面腐蝕和表面氧化以及降低摩擦因數(shù) (以水為潤滑劑)的效果；超疏水涂層用于船舶、艦艇的外殼或管道的內(nèi)壁，可以降低它們 與水流之間的摩擦阻力；超疏水涂層用于微型水上交通工具上，可以使其具有超強(qiáng)的負(fù)載 能力。鎂合金的密度約為1. 3 1. 9g/cm3,比鋁合金輕30% 50%，比鋼鐵輕70%以上， 且具有高的比強(qiáng)度和比剛度，易于成型加工和機(jī)械加工等優(yōu)點(diǎn)而有廣闊的應(yīng)用前景。然而， 鎂的電極電位低、化學(xué)活性高，氧化膜疏松，導(dǎo)致鎂合金的耐蝕性能較差，特別是在潮濕的 空氣、含硫的氣氛和海洋大氣中，鎂合金部件腐蝕問題更顯嚴(yán)重，極大地限制了鎂合金在工 程領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。如何擴(kuò)大鎂合金在工業(yè)中的應(yīng)用，備受人們關(guān)注。防止鎂合金零部件 在潮濕或液體介質(zhì)中的腐蝕可以從兩方面考慮一是通過表面處理的方法提高鎂合金零部 件本身的耐蝕性能；二是可以嘗試在鎂合金表面構(gòu)筑超疏水結(jié)構(gòu)。鎂合金的腐蝕主要是由 于鎂合金和周圍的介質(zhì)如潮濕空氣、水、電解液等之間發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)作用而生成了金 屬氧化物、氫氧化物以及混合物等，因而造成鎂合金的腐蝕破壞，通過減少鎂合金與水氣介 質(zhì)的直接接觸可以提高鎂合金的耐蝕性能。在表面構(gòu)筑超疏水結(jié)構(gòu)即可起到降低鎂合金與 水、溶液等介質(zhì)直接接觸的機(jī)會(huì)，從而提高其耐蝕性能。因此，通過鎂合金表面功能改性，可 以提高鎂合金在工業(yè)領(lǐng)域的適用范圍。目前，針對(duì)鎂合金表面超疏水處理的方法很少報(bào)道，中國專利(CN101469425A)公 布了一種采用微弧氧化工藝在樣品表面構(gòu)筑粗糙化的微/納多孔結(jié)構(gòu)，然后經(jīng)過丙烯酸 溶液處理，最后在其表面旋涂乙烯基聚二甲基硅氧烷，得到鎂合金超疏水表面，該方法微 弧氧化工藝和退火比較復(fù)雜，條件苛刻，不易大規(guī)模生產(chǎn)；中科院化學(xué)所LiuKesong等在 Applied Physics Letters, 2008，183103-1-3報(bào)道了一種利用化學(xué)刻蝕和表面自組裝氟 化的方法在鎂鋰合金表面制備了超疏水表面，然而表面氟化的過程耗時(shí)比較長，需要將金 屬試樣浸入到1.0wt%十三氟辛基三乙氧基硅烷的酒精溶液中，室溫下浸泡12h后取出， 再在烘箱中100°C下加熱2h，此工藝氟化處理的時(shí)間比較長，效率比較低，為此大規(guī)模的工 業(yè)生產(chǎn)運(yùn)用及推廣較為困難，而且采用HC1處理比較容易使得金屬表面生銹。中國專利 (CN101476142A)采用化學(xué)刻蝕與有機(jī)鍍膜相結(jié)合的制備方法在鎂、鋼或不銹鋼金屬表面制 備超疏水有機(jī)納米薄膜。該方法有機(jī)鍍膜過程工藝復(fù)雜，不易控制，難于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種在鎂合金表面制備 超疏水涂層的新方法，該方法成本低、工藝簡單，可控性比較好，易于批量生產(chǎn)，表面修飾的 時(shí)間比較短，效率高；本發(fā)明所涉及的一種鎂合金表面超疏水涂層的制備方法，步驟如下(1)清潔處理將準(zhǔn)備的鎂合金樣品放入去離子水中超聲清洗，以除去表面灰塵 等顆粒；然后在丙酮中超聲清洗，以除去表面油污；之后再用純水淋洗干凈；(2)化學(xué)腐蝕將清洗處理后的鎂合金浸入化學(xué)腐蝕液中處理2 5分鐘，處理 溫度為室溫；處理完之后超聲清洗，吹干，放入烘箱中烘烤，待用；所述的化學(xué)腐蝕液由2 5wt% HN03與0. 5 2g/L的硝酸鹽的水溶液組成；(3)疏水化處理將經(jīng)過化學(xué)腐蝕后的鎂合金試樣放入疏水處理液中浸泡0. 5 2h，取出，用乙醇淋洗后放入烘箱中干燥，即可得到鎂合金超疏水涂層，所述疏水處理液為 2 10wt%硅烷的乙醇溶液。本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明采用化學(xué)刻蝕的方法相比其他方 法不需要昂貴的設(shè)備，而且成本低、可控性比較好，易于批量生產(chǎn)；表面修飾的時(shí)間比較短， 效率高；所制備的鎂合金超疏水涂層具有微/納多孔結(jié)構(gòu)，該表面具有優(yōu)良的超疏水性，接 觸角平均達(dá)到155°。


圖1 用本發(fā)明方法制備的鎂合金表面超疏水涂層的不同放大倍數(shù)的SEM照片， (a)為低倍數(shù)的SEM照片；(b)為高倍數(shù)的SEM照片圖2 用本發(fā)明方法制備的鎂合金表面超疏水涂層的接觸角照片a、b)為未處理 的AZ31基體；c、d)為化學(xué)腐蝕與表面修飾后的AZ31超疏水表面圖3 用本發(fā)明方法制備的AZ31鎂合金超疏水涂層樣品和未處理的樣品Tafel曲線圖4 實(shí)施例2的接觸角照片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所涉及的一種鎂合金表面超疏水涂層的制備方 法進(jìn)一步說明如下實(shí)施例1試驗(yàn)材料AZ31鎂合金，大小為20mmX 15mmX 1mm的塊狀，具體操作步驟如下(1)清潔處理將準(zhǔn)備的鎂合金樣品放入去離子水中超聲清洗lOmin，以除去表面 灰塵等顆粒；然后在丙酮中超聲清洗lOmin，以除去表面油污；之后再用純水淋洗干凈；(2)化學(xué)腐蝕將清洗處理后的鎂合金樣品浸入含5wt%硝酸和l.Og/L三水合 硝酸銅的化學(xué)腐蝕液中處理5分鐘，處理溫度為室溫；處理完之后用純水沖洗，超聲清洗 5min，吹干，放入烘箱中150°C烘烤lOmin，待用；(3)疏水化處理將經(jīng)過化學(xué)腐蝕后的鎂合金試樣放入含2襯％正辛基三乙氧基 硅烷的乙醇溶液中浸泡0. 5h，取出，用乙醇淋洗后放入烘箱中150°C烘烤lh，即可得到鎂合 金超疏水涂層。
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性能檢測(cè)方法如下用配有INCA350X-射線能譜儀的Tescan可變真空掃描電子顯 微鏡分析涂層形貌；用接觸角測(cè)量儀測(cè)量接觸角；再用Tafel曲線評(píng)價(jià)鍍層的耐蝕性能，測(cè) 試儀是LK98B II微機(jī)電化學(xué)分析系統(tǒng)(天津市蘭力科化學(xué)電子高技術(shù)有限公司)，以甘汞 電極作參比電極，鉬電極作輔助電極，工作電極為樣品，留IX lcm的一個(gè)面在3.5%的NaCl 溶液，其余面用AB膠封閉。掃描速度0.0100伏/秒，掃描精度10mA。檢測(cè)結(jié)果如圖1_圖 3所示。其中圖1為用本實(shí)施例制備的AZ31鎂合金表面超疏水涂層的不同放大倍數(shù)的SEM 照片，由圖片可知制備的鎂合金表面結(jié)構(gòu)為微/納多孔結(jié)構(gòu)。圖2為用本實(shí)施例制備的AZ31 鎂合金表面超疏水涂層的接觸角照片，可見為未處理的AZ31基體的接觸角為47°，化學(xué)腐 蝕與表面修飾后的AZ31超疏水表面接觸角為160°。圖3為用本實(shí)施例制備的AZ31鎂合 金超疏水涂層樣品和未處理的樣品Tafel曲線。水滴在其表面上靜態(tài)接觸角高達(dá)160°，滾動(dòng)角小于10°，體現(xiàn)出優(yōu)異的超疏水 性能。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，含有超疏水涂層鎂合金樣品的腐蝕電位正移，由-1.43V變 為-1. 17V,并且腐蝕電流與未處理樣品相比降低2個(gè)數(shù)量級(jí)，說明超疏水涂層體系的存 在能提高鎂合金的耐腐蝕性能。接觸角結(jié)果和專利(CN101007304A)用相似方法在鋁合 金表面制備超疏水涂層的結(jié)果(平均接觸角159.7° )接近；接觸角結(jié)果略微高于專利 (CN101469425A)用微弧氧化結(jié)合表面修飾得到的鎂合金超疏水表面的結(jié)果(平均接觸角 155° )。實(shí)施例2試驗(yàn)材料AZ31鎂合金，大小為20mmX 15mmX 1mm的塊狀，具體操作步驟如下(1)清潔處理將準(zhǔn)備的鎂合金樣品放入去離子水中超聲清洗lOmin，以除去表面 灰塵等顆粒；然后在丙酮中超聲清洗lOmin，以除去表面油污；之后再用純水淋洗干凈；(2)化學(xué)腐蝕將清洗處理后的鎂合金樣品浸入含2wt%硝酸和1. Og/L三水合硝 酸鎳的化學(xué)腐蝕液中處理2-5分鐘，處理溫度為室溫；處理完之后用純水沖洗，超聲清洗 5min，吹干，放入烘箱中150°C烘烤lOmin，待用；(3)疏水化處理將經(jīng)過化學(xué)腐蝕后的鎂合金試樣放入含2襯％十七氟葵基三乙 氧基硅烷的乙醇溶液中浸泡2h，取出，用乙醇淋洗后放入烘箱中150°C烘烤lh，即可得到鎂 合金超疏水涂層。本實(shí)施例獲得的超疏水涂層的形貌，電化學(xué)檢測(cè)的Tafel曲線與實(shí)施例1相近，不 再以圖形方式給出。本實(shí)施例獲得的超疏水涂層的接觸角檢測(cè)結(jié)果如圖4所示，可見水滴 在其表面上靜態(tài)接觸角達(dá)到154°，滾動(dòng)角小于10°，體現(xiàn)出優(yōu)異的超疏水性能。電化學(xué)測(cè) 試結(jié)果表明，含有超疏水涂層鎂合金樣品的腐蝕電位正移，由-1. 43V變?yōu)?1. 18V，并且腐 蝕電流與未處理樣品相比降低2個(gè)數(shù)量級(jí)，說明超疏水涂層體系的存在能提高鎂合金的耐 腐蝕性能。接觸角結(jié)果與專利(CN101469425A)接近。
權(quán)利要求
一種鎂合金表面超疏水涂層的制備方法，其特征是步驟如下(1)清潔處理將準(zhǔn)備的鎂合金樣品放入去離子水中超聲清洗，以除去表面灰塵等顆粒；然后在丙酮中超聲清洗，以除去表面油污；之后再用純水淋洗干凈；(2)化學(xué)腐蝕將清洗處理后的鎂合金浸入化學(xué)腐蝕液中處理2～5分鐘，處理溫度為室溫；處理完之后超聲清洗，吹干，放入烘箱中烘烤，待用；(3)疏水化處理將經(jīng)過化學(xué)腐蝕后的鎂合金試樣放入疏水處理液中浸泡0.5～2h，取出，用乙醇淋洗后放入烘箱中干燥，即可得到鎂合金超疏水涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的化學(xué)腐蝕液由2 5wt%HN03與 0. 5 2g/L的硝酸鹽的水溶液組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所述疏水處理液為2 10wt%硅烷的 乙醇溶液。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鎂合金表面超疏水涂層的制備方法，屬于鎂合金表面處理技術(shù)，該方法先將鎂合金樣品依次用去離子水、丙酮超聲清洗，再用純水淋洗干凈等清潔處理后，在室溫下浸入化學(xué)腐蝕液中處理2～5分鐘，處理完之后超聲清洗，烘干待用，然后在其表面涂覆低表面能物質(zhì)，最后將修飾好的試樣進(jìn)行干燥，以獲得鎂合金表面超疏水涂層。本發(fā)明方法處理的鎂合金表面具有優(yōu)良的疏水性，水與表面的接觸角可達(dá)到157°左右，而且所制備的鎂合金超疏水涂層耐蝕性能有所提高。本方法的工藝簡單、成本低廉、環(huán)保。
文檔編號(hào)C23F1/22GK101824620SQ201010165310
公開日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2010年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月7日
發(fā)明者唐安瓊, 方亮, 殷波, 胡佳 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)