一種鎂合金表面微弧氧化自組裝化學(xué)鍍鎳涂層及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種鎂合金表面微弧氧化自組裝化學(xué)鍍鎳涂層及其制備方法。該涂層包括依次附著于鎂合金表面的微弧氧化陶瓷層、自組裝層和化學(xué)鍍鎳層。首先，對(duì)鎂合金基體進(jìn)行打磨，水洗，除油等預(yù)處理，然后，配置微弧氧化液，對(duì)預(yù)處理后的鎂合金進(jìn)行微弧氧化形成微弧氧化陶瓷層，之后將其浸入所配置的自組裝溶液中進(jìn)行浸漬處理，烘干后形成自組裝層，最后，在微弧氧化自組裝層的表面采用化學(xué)鍍方法沉積金屬鎳涂層。本發(fā)明的方法操作簡(jiǎn)單，所制備的復(fù)合涂層具有低腐蝕電流密度，膜層表面均勻平整，結(jié)合強(qiáng)度好，能夠很好的提高鎂合金耐蝕性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種鎂合金表面微弧氧化自組裝化學(xué)鍍鎳涂層及其制備方 法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及金屬材料表面高耐蝕復(fù)合涂層防護(hù)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種鎂合金表 面微弧氧化自組裝化學(xué)鍍鎳涂層及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 鎂合金具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高，抗沖擊、耐磨、衰減性能好、高的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能、無(wú) 磁性、屏蔽性好和無(wú)毒的特點(diǎn)。在有色金屬材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用前途方面具有重要的意義。然 而，因?yàn)榻饘冁V的電極電位很負(fù)，是一種比較活潑的金屬，穩(wěn)定性差，而差的耐腐蝕性能在 很大程度上限制了它的工業(yè)應(yīng)用。因此，改善鎂合金的綜合防護(hù)性能是推動(dòng)其應(yīng)用的關(guān)鍵 所在。
[0003] 微弧氧化技術(shù)由于其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)成為鎂合金最有前景的表面處理技術(shù)。但是，由 于所形成的氧化膜是一種微孔結(jié)構(gòu)，其自身的防護(hù)能力有限。因此，發(fā)展基于微弧氧化的復(fù) 合涂層技術(shù)是實(shí)現(xiàn)鎂合金綜合防護(hù)性能的必然趨勢(shì)。自組裝技術(shù)是將金屬或金屬氧化物浸 入含活性分子的稀溶液中，通過(guò)化學(xué)鍵吸附在基片上形成具有高有序性和取向性、高密度 堆積、低缺陷及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的膜層。由于其耐蝕性良好，近年來(lái)已成為界面科學(xué)、材料科學(xué)等 許多領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。但由于自組裝膜膜層較薄，其在不同腐蝕環(huán)境中的長(zhǎng)效防護(hù)效果令 人擔(dān)憂，因此，在自組裝后常要進(jìn)行涂裝處理。但是，自組裝膜一般具有特殊的結(jié)構(gòu)特性(分 子頭基，分子的烷基鏈以及分子的末端基團(tuán))，例如，利用（CH 30) 3Si_ (CH2) 3_SH作為自組裝 分子，其結(jié)構(gòu)中含有（CH30)3Si-和-SH兩個(gè)錨固基團(tuán)，前者可與易氧化金屬（Cu，Ti，Al) 等有很強(qiáng)的結(jié)合力，后者與金屬（Au，Ni，Ag)容易結(jié)合。因而，可將自組裝膜作為中間體 在鎂合金表面微弧氧化膜和金屬涂層之間進(jìn)行化學(xué)鍵合。鎂合金表面金屬涂層主要通過(guò)化 學(xué)鍍鎳獲得。鎂合金經(jīng)過(guò)化學(xué)鍍Ni后，可大幅提高其耐蝕性和耐磨性。
[0004] 綜合以上分析，本專(zhuān)利提出研究具有良好結(jié)合力和腐蝕防護(hù)性能的微弧氧化自組 裝化學(xué)鍍鎳涂層的制備實(shí)用技術(shù)。從而避免涂層微觀缺陷效應(yīng)導(dǎo)致的防護(hù)失效，實(shí)現(xiàn)鎂合 金的高強(qiáng)綜合防護(hù)性能，解決限制鎂合金應(yīng)用的防護(hù)瓶頸問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種鎂合金表面微弧氧化自組裝化學(xué)鍍鎳涂層及其制備方 法。
[0006] 本發(fā)明的鎂合金表面微弧氧化自組裝化學(xué)鍍鎳涂層包括依次附著于鎂合金表面 的微弧氧化陶瓷層、自組裝層和化學(xué)鍍鎳層；其中，微弧氧化陶瓷層為在經(jīng)預(yù)處理后的鎂合 金表面通過(guò)微弧氧化而形成的陶瓷層；自組裝層為微弧氧化陶瓷層在自組裝溶液中進(jìn)行浸 漬，而后烘干形成；化學(xué)鍍鎳層是在微弧氧化自組裝層的表面采用化學(xué)鍍方法沉積的金屬 鎳涂層。
[0007] 制備該鎂合金表面微弧氧化自組裝化學(xué)鍍鎳涂層的具體步驟為： (1)預(yù)處理 將鎂合金依次用600#和1000#耐水磨砂紙逐級(jí)打磨、水洗，然后在堿性除油液中 6(T70°C下除油5~20分鐘，再水洗，然后在丙酮中超聲波清洗5~15分鐘，去離子水清洗2~3 次，冷風(fēng)吹干備用；所述堿性除油液配方為：磷酸鈉3(T50g/L，氫氧化鈉5~20g/L，硅酸鈉 30?35g/L。
[0008] (2)微弧氧化 將經(jīng)步驟（1)處理后的鎂合金放入微弧氧化電解液中作為陽(yáng)極進(jìn)行微弧氧化處理，陰 極為不銹鋼，采用脈沖微弧氧化方式，設(shè)置處理參數(shù)為：終止電壓18(Γ220伏特，氧化時(shí)間 2(Γ40分鐘，脈沖頻率5(Γ200赫茲，占空比3(Γ70% ;所述微弧氧化電解液配方為：硅酸鈉 5?l〇g/L，氟化鈉5?10g/L，氫氧化鈉 l(Tl5g/L。
[0009] (3)自組裝 將經(jīng)步驟（2)微弧氧化處理后的鎂合金放入蒸餾水中進(jìn)行超聲波清洗10分鐘，烘干 后放入配置好的自組裝溶液中，于4(T60°C恒溫浸泡4(Γ90分鐘，再于80°C進(jìn)行固化廣2 小時(shí)；所述自組裝溶液的配制方法為：將甲醇、巰丙基三甲氧基硅烷和蒸餾水按體積比 8:1:1混合，于4(T60°C下攪拌3?4小時(shí)即制得澄清的自組裝溶液。
[0010] ⑷化學(xué)鍍鎳 將經(jīng)步驟（3)處理后的鎂合金浸入體積百分比濃度為5%的HF溶液中進(jìn)行活化1~2分 鐘，水洗后浸入化學(xué)鍍鎳溶液中，于4(T60°C恒溫處理2~3小時(shí)，經(jīng)干燥后即在鎂合金表面 獲得均勻的微弧氧化自組裝化學(xué)鍍鎳復(fù)合涂層；所述化學(xué)鍍鎳溶液的配制方法為：硫酸鎳 25?30g/L、次磷酸鈉2(T25g/L、焦磷酸鈉5(T55g/L，分別溶解之后充分混合，加去離子水稀 釋至90mL，之后加入三乙醇胺10mL。
[0011] 所述磷酸鈉、硅酸鈉、氫氧化鈉、氟化鈉、甲醇、巰丙基三甲氧基硅烷、硫酸鎳、 次磷酸鈉、焦磷酸鈉和三乙醇胺均為化學(xué)純及以上純度。
[0012] 本發(fā)明的方法操作簡(jiǎn)單，所制備的復(fù)合涂層與基體結(jié)合牢固，具有低腐蝕電流密 度，膜層表面均勻平整，能夠很好的提高鎂合金耐蝕性，用于鎂合金表面處理能夠得到均勻 的耐蝕性高的復(fù)合防護(hù)涂層。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例制備的鎂合金表面微弧氧化自組裝化學(xué)鍍鎳涂層的SEM圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014] 實(shí)施例： (1)預(yù)處理 將AZ91鎂合金依次用600#和1000#耐水磨砂紙逐級(jí)打磨、水洗，然后在堿性除油液 中60°C下除油10分鐘，再用熱水和冷水分別清洗試樣表面，然后在丙酮中超聲波清洗10 分鐘，去離子水清洗3次，冷風(fēng)吹干備用；所述堿性除油液配方為：磷酸鈉40g/L，氫氧化鈉 l〇g/L，硅酸鈉 32g/L。
[0015] ⑵微弧氧化 將經(jīng)步驟（1)處理后的AZ91鎂合金放入微弧氧化電解液中作為陽(yáng)極進(jìn)行微弧氧化處 理，陰極為不銹鋼，采用脈沖微弧氧化方式，設(shè)置處理參數(shù)為：終止電壓190伏特，氧化時(shí)間 20分鐘，脈沖頻率50赫茲，占空比30% ;所述微弧氧化電解液配方為：硅酸鈉5g/L，氟化鈉 8g/L，氫氧化鈉12g/L。
[0016] (3)自組裝 將經(jīng)步驟（2)微弧氧化處理后的AZ91鎂合金放入蒸餾水中進(jìn)行超聲波清洗10分鐘， 烘干后放入配置好的自組裝溶液中，于40°C恒溫浸泡60分鐘，再于80°C進(jìn)行固化1小時(shí)； 所述自組裝溶液的配制方法為：將甲醇、Y -巰丙基三甲氧基硅烷和蒸餾水按8:1:1的體積 比進(jìn)行混合，于40°C下攪拌4小時(shí)即制得澄清的自組裝溶液。
[0017] ⑷化學(xué)鍍鎳 將經(jīng)步驟（3)處理后的AZ91鎂合金浸入體積百分比濃度為5%的HF溶液中進(jìn)行活化 1. 5分鐘，水洗后浸入化學(xué)鍍鎳溶液中，于50°C恒溫處理3小時(shí)，經(jīng)干燥后即在AZ91鎂合金 表面獲得均勻的微弧氧化自組裝化學(xué)鍍鎳復(fù)合涂層；所述化學(xué)鍍鎳溶液的配制方法為：硫 酸鎳26g/L、次磷酸鈉21g/L、焦磷酸鈉51g/L，分別溶解之后充分混合，加去離子水稀釋至 90mL，之后加入三乙醇胺10mL。
[0018] 所述磷酸鈉、硅酸鈉、氫氧化鈉、氟化鈉、甲醇、巰丙基三甲氧基硅烷、硫酸鎳、 次磷酸鈉、焦磷酸鈉和三乙醇胺均為化學(xué)純。
[0019] 本實(shí)施例制得的復(fù)合涂層通過(guò)SEM表征表明，底層微弧氧化膜的微孔已被完全封 閉，整個(gè)涂層均勻平整，沒(méi)有明顯缺陷。
[0020] 對(duì)本實(shí)施例制得的復(fù)合涂層進(jìn)行電化學(xué)耐蝕性能測(cè)試，采用三電極體系(試樣為 研究電極，鉬電極為輔助電極，飽和甘汞電極為參比電極)，介質(zhì)為質(zhì)量百分比濃度為3. 5% 的NaCl溶液。本實(shí)施例所獲得的復(fù)合涂層的腐蝕電流密度為4. 56X 1(T8A/Cm2,比空白AZ91 鎂合金的腐蝕電流密度1. 951 X 1(T5A/Cm2,降低了三個(gè)數(shù)量級(jí)，明顯的提高了鎂合金的耐蝕 性能。
【權(quán)利要求】
1. 一種鎂合金表面微弧氧化自組裝化學(xué)鍍鎳涂層，其特征在于：該涂層包括依次附著 于鎂合金表面的微弧氧化陶瓷層、自組裝層和化學(xué)鍍鎳層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金表面微弧氧化自組裝化學(xué)鍍鎳涂層，其特征在于：微 弧氧化陶瓷層為在經(jīng)預(yù)處理后的鎂合金表面通過(guò)微弧氧化而形成的陶瓷層；自組裝層為微 弧氧化陶瓷層在自組裝溶液中進(jìn)行浸漬，而后烘干形成；化學(xué)鍍鎳層是在微弧氧化自組裝 層的表面采用化學(xué)鍍方法沉積的金屬鎳涂層。
3. -種如權(quán)利要求1或2所述的鎂合金表面微弧氧化自組裝化學(xué)鍍鎳涂層的制備方 法，其特征在于具體步驟為： (1) 預(yù)處理 將鎂合金依次用600#和1000#耐水磨砂紙逐級(jí)打磨、水洗，然后在堿性除油液中 6(T70°C下除油5~20分鐘，再水洗，然后在丙酮中超聲波清洗5~15分鐘，去離子水清洗2~3 次，冷風(fēng)吹干備用；所述堿性除油液配方為：磷酸鈉3(T50g/L，氫氧化鈉5~20g/L，硅酸鈉 30?35g/L ; (2) 微弧氧化 將經(jīng)步驟（1)處理后的鎂合金放入微弧氧化電解液中作為陽(yáng)極進(jìn)行微弧氧化處理，陰 極為不銹鋼，采用脈沖微弧氧化方式，設(shè)置處理參數(shù)為：終止電壓18(Γ220伏特，氧化時(shí)間 2(Γ40分鐘，脈沖頻率5(Γ200赫茲，占空比3(Γ70% ;所述微弧氧化電解液配方為：硅酸鈉 5?l〇g/L，氟化鈉5?10g/L，氫氧化鈉 l(Tl5g/L ; (3) 自組裝 將經(jīng)步驟（2)微弧氧化處理后的鎂合金放入蒸餾水中進(jìn)行超聲波清洗10分鐘，烘干 后放入配置好的自組裝溶液中，于4(T60°C恒溫浸泡4(Γ90分鐘，再于80°C進(jìn)行固化廣2 小時(shí)；所述自組裝溶液的配制方法為：將甲醇、巰丙基三甲氧基硅烷和蒸餾水按體積比 8:1:1混合，于4(T60°C下攪拌3?4小時(shí)即制得澄清的自組裝溶液； (4) 化學(xué)鍍鎳 將經(jīng)步驟（3)處理后的鎂合金浸入體積百分比濃度為5%的HF溶液中進(jìn)行活化1~2分 鐘，水洗后浸入化學(xué)鍍鎳溶液中，于4(T60°C恒溫處理2~3小時(shí)，經(jīng)干燥后即在鎂合金表面 獲得均勻的微弧氧化自組裝化學(xué)鍍鎳復(fù)合涂層；所述化學(xué)鍍鎳溶液的配制方法為：硫酸鎳 25?30g/L、次磷酸鈉2(T25g/L、焦磷酸鈉5(T55g/L，分別溶解之后充分混合，加去離子水稀 釋至90mL，之后加入三乙醇胺10mL ; 所述磷酸鈉、硅酸鈉、氫氧化鈉、氟化鈉、甲醇、Y -巰丙基三甲氧基硅烷、硫酸鎳、次磷 酸鈉、焦磷酸鈉和三乙醇胺均為化學(xué)純及以上純度。
【文檔編號(hào)】C23C26/00GK104152898SQ201410372553
【公開(kāi)日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月1日
【發(fā)明者】尚偉, 王旭峰, 溫玉清 申請(qǐng)人:桂林理工大學(xué)