專利名稱：一種制備鎂合金超疏水表面的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及ー種制備鎂合金超疏水表面的方法。
背景技術(shù)：
鎂是所有結(jié)構(gòu)用金屬及合金材料中密度最低的。與其它金屬結(jié)構(gòu)材 料相比，鎂及鎂合金具有比強(qiáng)度、比剛度高，減震性、電磁屏蔽和抗輻射能力強(qiáng)，易切削加工，易回收等ー系列優(yōu)點(diǎn)，它是替代鋼鐵、鋁合金和工程塑料的新一代結(jié)構(gòu)材料。鎂合金現(xiàn)時(shí)最熱門的應(yīng)用是作為エ業(yè)品外殼取代塑料，回收率高達(dá)80%以上，既節(jié)約資源又污染小，被譽(yù)為“21世紀(jì)的緑色工程材料”。但是一直以來限制鎂合金發(fā)揮結(jié)構(gòu)材料性能和資源優(yōu)勢(shì)的主要原因有兩個(gè)，ー是由于屬于密排六方結(jié)構(gòu)金屬，鎂的塑性變形能力差、加工成形難；ニ是鎂合金的耐蝕性很差。鎂合金由于自身化學(xué)活性高、在常用介質(zhì)中的腐蝕電位很低、在空氣中形成的氧化膜MgO較為疏松等因素的影響，不能對(duì)鎂基體起到保護(hù)作用。超疏水表面由于具有許多獨(dú)特的性能，如自潔性、防污性、疏水性、耐蝕性等,在很多領(lǐng)域有著極其廣闊的應(yīng)用前景。自20世紀(jì)50年代國(guó)際上開始研究超疏水性表面以來，超疏水性涂膜的制備一直備受關(guān)注，特別是近年來，隨著表面研究技術(shù)手段的提高，模仿荷葉表面結(jié)構(gòu)及性能，探索超疏水自清潔材料已經(jīng)成為當(dāng)前諸多科學(xué)領(lǐng)域的前沿與熱點(diǎn)之一。而鎂合金表面的超疏水膜層，一方面可以防止由于氧、水和電子轉(zhuǎn)移引起的電化學(xué)反應(yīng)，抑制エ件在潮濕空氣和海洋大氣中遭受嚴(yán)重的化學(xué)腐蝕；另ー方面可使其表面具有防污、防水、自清潔、減小水阻力、減小摩擦等功能，應(yīng)用于輕質(zhì)化的鎂合金精密產(chǎn)品及3C產(chǎn)品中，這為解決鎂合金的腐蝕防護(hù)提供了ー個(gè)新的思路，具有重要的理論意義和重大的應(yīng)用前景。雖然采用等離子、化學(xué)刻蝕技術(shù)、微弧氧化等技術(shù)與涂覆低表面能物質(zhì)相結(jié)合的方法，己能制備出超疏水表面，但是現(xiàn)階段用于表面修飾的含氟或硅烷物質(zhì)價(jià)格昂貴，且有些特殊的制備方法涉及昂貴的設(shè)備如PEO法，同時(shí)制備周期較長(zhǎng)也是ー個(gè)難點(diǎn)，如有的制備方法需要將樣品浸泡十幾個(gè)小時(shí)才能獲得超疏水表面，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種簡(jiǎn)便易行、成本低廉的制備鎂合金超疏水表面的方法，通過化學(xué)反應(yīng)和自組裝的復(fù)合處理，采用簡(jiǎn)單易得的反應(yīng)試劑，獲得性能優(yōu)良的超疏水表面。其技術(shù)方案如下ー種制備鎂合金超疏水表面的方法，包括以下步驟I)酸洗將砂紙打磨清洗后的鎂合金試樣放入濃度為O. 22mol/L的草酸溶液中刻蝕90秒，去離子水超聲清洗；2)化學(xué)鍍銀將步驟I)處理后的試樣置于室溫下濃度為O. 03mol/L的硝酸銀溶液中，試樣表面呈現(xiàn)均勻的黒色，緩慢取出，去離子水洗，重復(fù)浸入所述硝酸銀溶液中，直至鎂合金表面完全被銀原子覆蓋，顔色均一，然后去離子水洗；3)自組裝將經(jīng)過步驟2)處理過的鎂合金試樣浸入濃度為O. 05mol/L的硬脂酸こ醇溶液中，浸泡5小時(shí)，然后在室溫下空氣中自然干燥。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明制備鎂合金超疏水表面的方法，操作簡(jiǎn)便，將制備方法分為三步，簡(jiǎn)化工藝流程，降低了生產(chǎn)成本，并且整個(gè)制備方法的過程所需要的時(shí)間大大縮短，從而提高了生產(chǎn)效率。該方法在室溫下空氣中干燥后即得表面均勻，具有超疏水性能的鎂合金表面。潤(rùn)濕性測(cè)量結(jié)果顯示該膜層的水接觸角約153±2°，水滴極易滾動(dòng)且穩(wěn)定性好’適合大規(guī)模エ業(yè)化生產(chǎn)。


圖I為鎂合金試樣經(jīng)步驟2)和步驟3)處理后表面微觀形貌的掃描電鏡圖；圖2為經(jīng)自組裝5小時(shí)并干燥后制得的超疏水表面微觀結(jié)構(gòu)掃描電鏡圖； 圖3為原始鎂合金試樣與三步法處理后的鎂合金試樣，水滴在其表面的靜態(tài)接觸角對(duì)比圖，水滴量為2μ L ;圖4為原始ΑΖ31試樣和三步法處理后的ΑΖ31試樣在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3. 5% NaCl溶液中的動(dòng)電位極化曲線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明的方法作進(jìn)ー步詳細(xì)地說明。將AZ系鎂合金鋸成規(guī)格為30mmX20mmX Imm的實(shí)驗(yàn)試樣,用激光在其上方打一直徑為Φ0. 5mm的小孔，方便于穿入白線懸掛反應(yīng)，然后依次用600#、1000#、1500#、2000#水
磨砂紙打磨至表面光滑平整，分別在酒精和去離子水中超聲清洗3分鐘，得到表面清潔的鎂合金試樣。I)將試樣懸吊于草酸溶液中進(jìn)行酸洗，時(shí)間為90秒左右，然后用去離子水超聲清洗，直至試樣表面完全變?yōu)楣饬恋慕饘偕?，清洗過程中需要換一次水。2)化學(xué)鍍銀的過程時(shí)間依實(shí)際情況而異，通過觀察試樣表面不斷地變黑加厚，取出在去離子水中涮洗，洗掉多余不結(jié)實(shí)的鍍層，繼續(xù)進(jìn)入硝酸銀溶液中鍍銀，直至水洗后得到均勻完全覆蓋試樣表面的銀鍍層。3)用吸耳球簡(jiǎn)單吹去試樣表面殘留的溶液，然后懸掛式浸泡于硬脂酸こ醇溶液中自組裝5小時(shí)，取出在室溫下大氣中自然干燥。干燥時(shí)間越久，超疏水效果越好。參照?qǐng)DI為鎂合金試樣經(jīng)步驟2)和步驟3)處理后表面微觀形貌的掃描電鏡圖，其中圖Ia為化學(xué)鍍銀后試樣在3000倍電鏡下的表面形貌，圖Ib為化學(xué)鍍銀后試樣在30000倍電鏡下的表面形貌，結(jié)合此ニ圖可知，銀鍍層呈花簇狀包覆著試樣表面。如圖2所示為經(jīng)自組裝5小時(shí)并干燥后制得的超疏水表面微觀結(jié)構(gòu)掃描電鏡圖，其中圖2a為三步法處理后鎂合金試樣在10000倍電鏡下的超疏水表面形貌，圖2b為其在30000倍電鏡下的表面形貌結(jié)構(gòu)，觀察兩圖可以看出超疏水表面呈現(xiàn)微米級(jí)的球形凸起結(jié)構(gòu)，直徑約2 μ m 3 μ m，類似于發(fā)泡的銀耳。而這些球形突起由納米片組成，其厚度約90nm IOOnm,無序緊密地堆積在基體表面。這種粗糙的微納米ニ級(jí)結(jié)構(gòu)類似于自然界的荷葉結(jié)構(gòu)，并且納米片之間的空隙可以捕捉大量空氣，形成阻擋層阻擋水分向試樣內(nèi)部滲入。圖3為原始鎂合金試樣與三步法處理后的鎂合金試樣，水滴在其表面的靜態(tài)接觸角對(duì)比圖。其中圖3a為原始鎂合金試樣的水滴接觸角，圖3b為超疏水鎂合金試樣的水滴接觸角，前者的接觸角約45° ,而三步法處理后的表面表現(xiàn)超疏水性,水滴接觸角高達(dá)153±2°，滾動(dòng)角小于10°，并且在大氣中放置3個(gè)月，超疏水性基本不變，具有良好的穩(wěn)定性。圖4為原始AZ31試樣和三步法處理后的AZ31試樣在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3. 5% NaCl溶液中的動(dòng)電位極化曲線。表I為圖4的相關(guān)電化學(xué)參數(shù)。結(jié)合圖表可以看出，在同一濃度的3. 5% NaCl溶液中，具有超疏水表面的AZ31板材自腐蝕電位正移，腐蝕電流密度也遠(yuǎn)小于原始AZ31的，二者腐蝕速率差別較大，說明在這ー濃度的NaCl溶液中，具有超疏水性能的鎂合金AZ31在耐蝕性上有顯著改善。此外，處理后的鎂合金試樣其極化曲線陽極部分在電流密度約-4. 5A/cm2處出現(xiàn)了明顯的鈍化，轉(zhuǎn)折的變化幅度較小，說明可能膜層較厚，并且點(diǎn)蝕電位Epit比自腐蝕電位Ecorr正，表明局部腐蝕傾向較小，耐蝕性能較優(yōu)。
權(quán)利要求
1.一種制備鎂合金超疏水表面的方法，其特征在于，包括以下步驟1)酸洗將砂紙打磨清洗后的鎂合金試樣放入濃度為O.22mol/L的草酸溶液中刻蝕 90s，去離子水超聲清洗；2)化學(xué)鍍銀將步驟I)處理后的試樣置于室溫下濃度為O.03mol/L的硝酸銀溶液中， 試樣表面呈現(xiàn)均勻的黑色，緩慢取出，去離子水洗，重復(fù)浸入所述硝酸銀溶液中，直至鎂合金表面完全被銀原子覆蓋，顏色均一，然后去離子水洗；3)自組裝將經(jīng)過步驟2)處理過的鎂合金試樣浸入濃度為O.05mol/L的硬脂酸乙醇溶液中，浸泡5h，然后在室溫下空氣中自然干燥。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備鎂合金超疏水表面的方法，包括以下步驟1)酸洗；2)化學(xué)鍍銀；3)自組裝。本發(fā)明制備鎂合金超疏水表面的方法，操作簡(jiǎn)便，將制備方法分為三步，簡(jiǎn)化工藝流程，降低了生產(chǎn)成本，并且整個(gè)制備方法的過程所需要的時(shí)間大大縮短，從而提高了生產(chǎn)效率。該方法在室溫下空氣中干燥后即得表面均勻，具有超疏水性能的鎂合金表面。潤(rùn)濕性測(cè)量結(jié)果顯示該膜層的水接觸角約153±2°，水滴極易滾動(dòng)且穩(wěn)定性好，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C23C18/42GK102703886SQ20121020425
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月20日
發(fā)明者樊建鋒, 許并社, 賈靜 申請(qǐng)人:太原理工大學(xué)