一種具有快速自修復(fù)能力的金屬表面膜制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料表面處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有快速自修復(fù)能力的金屬表面膜制備方法。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]鎂、鋁、鋅、銅、鋼、鐵、鎳、鈦、鋯等金屬材料廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。由于這些材料化學(xué)性質(zhì)比較活潑，為提高其服役質(zhì)量、延長(zhǎng)其使用壽命通常需要在其表面制備一定的表面膜，如采用化學(xué)轉(zhuǎn)化、陽極氧化、微弧氧化等方法先形成底層膜以增強(qiáng)膜層與金屬基體的附著力，進(jìn)而通過涂裝等方法在底層膜的基礎(chǔ)上形成外涂層，這類表面膜雖然可以為金屬基體提供較好的防護(hù)作用，但通常不具有自修復(fù)能力，這就使得金屬表面膜一旦由于碰撞、刮擦等原因而發(fā)生局部破損，破損處便極易發(fā)生腐蝕并迅速發(fā)展而造成極大危害。所以發(fā)展具有自修復(fù)能力的金屬表面膜對(duì)于金屬的應(yīng)用具有重要意義。但目前關(guān)于金屬自修復(fù)表面膜的文獻(xiàn)較少，且報(bào)道的膜層的自修復(fù)能力較弱，實(shí)現(xiàn)修復(fù)通常需要幾個(gè)小時(shí)甚至幾天的時(shí)間。因此，非常有必要盡快發(fā)展具有快速自修復(fù)能力的金屬表面膜相關(guān)制備技術(shù)。
[0004]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種具有快速自修復(fù)能力的金屬表面膜制備方法。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種具有快速自修復(fù)能力的金屬表面膜制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
①雙氧水水熱處理:將清潔的金屬工件浸沒于裝有雙氧水溶液的反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜密封后置于100?140°C的烘箱中保溫3?5小時(shí)，然后冷卻到室溫、取出金屬工件，用純水沖洗、壓縮空氣吹干；
②溶膠涂敷和固化:將高分子溶膠均勻涂敷到①處理后的金屬工件表面，將工件于40~60°C下烘干28~36小時(shí)，即得具有快速自修復(fù)能力的金屬表面膜；
所述雙氧水溶液的質(zhì)量百分濃度為1%~3%。
[0007]所述高分子溶膠為十六烷基三甲基溴化銨、甲基丙烯酸十八酯、苯乙烯、丙烯酸按質(zhì)量比為20~30、3~6、0.5-2,36-50,以及溴化鉀、焦亞硫酸鉀和過硫酸銨溶液按體積比為100:1~3:1~3配制而成，所述質(zhì)量比中質(zhì)量單位為克、以溴化鉀溶液體積為100毫升計(jì)；其中，所述溴化鉀溶液的濃度為0.1-0.3摩爾/升，焦亞硫酸鉀溶液的濃度為0.0005摩爾/升，過硫酸銨溶液的濃度為0.003摩爾/升；
所述涂敷處理中高分子溶膠體積與金屬工件處理部分面積的比例為50ml: lm2。
[0008]進(jìn)一步，所述高分子溶膠的制備工序?yàn)?將十六烷基三甲基溴化銨加入溴化鉀溶液中溶解，此時(shí)得到溶液A;進(jìn)一步在通入氮?dú)鈼l件下將甲基丙烯酸十八酯和苯乙烯加入到溶液A中，攪拌6~8小時(shí)，此時(shí)得到溶液B ;在溶液B中加入丙烯酸，超聲30分鐘，此時(shí)得到溶液C ;在溶液C中依次加入焦亞硫酸鉀和過硫酸銨溶液、超聲混勻，此時(shí)得到溶液D ;將溶液D恒溫55°放置36小時(shí)，即得溶膠；
所述溴化鉀溶液的濃度為0.1-0.3摩爾/升，體積為100毫升；
所述十六烷基三甲基溴化銨、甲基丙烯酸十八酯、苯乙烯、丙烯酸的加入量分別為20-30 克、3~6 克、0.5-2 克、36-50 克；
所述焦亞硫酸鉀溶液的濃度為0.0005摩爾/升，體積為1~3毫升；
所述過硫酸銨溶液的濃度為0.003摩爾/升，體積為1~3毫升。
[0009]所述金屬為鎂、鋁、鋅、銅、鎳、鈦、鋯及其合金或鋼鐵材料。
[0010]相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有下述優(yōu)點(diǎn):
1、本發(fā)明制備的金屬表面膜由水熱處理形成的底層膜以及溶膠-凝膠處理形成的外層膜組成:底層膜是利用金屬與雙氧水在反應(yīng)釜內(nèi)的高溫高壓環(huán)境中發(fā)生反應(yīng)而在金屬表面形成一層與金屬結(jié)合牢固的、具有一定微結(jié)構(gòu)的金屬(氫)氧化物膜并同時(shí)賦予膜表面大量的羥基，這層膜特定的微結(jié)構(gòu)以及表面大量的羥基可以極大地增強(qiáng)外層膜與金屬基體的附著力；外層膜由十六烷基三甲基銨陽離子改性的聚丙烯酸超分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成，聚丙烯酸骨架帶有負(fù)電荷、與帶有正電荷的十六烷基三甲基銨陽離子之間有非常強(qiáng)的靜電作用，可以使膜層在劃傷后快速再次交聯(lián)、自行修復(fù)。
[0011 ] 2、本發(fā)明制備的金屬表面膜自修復(fù)速度非?？?，約80微米寬的劃痕只需5秒就可自行修復(fù)，克服了現(xiàn)有自修復(fù)膜層自修復(fù)能力弱、實(shí)現(xiàn)修復(fù)所需時(shí)間長(zhǎng)的缺陷。本發(fā)明方法制備過程簡(jiǎn)單、無需專用儀器設(shè)備、操作方便、易于大規(guī)模工業(yè)化處理。
[0012]3、本發(fā)明方法適用范圍廣，可以在鎂、鋁、鋅、銅、鎳、鈦、鋯及其合金以及鋼鐵等多種金屬材料表面制備具有快速自修復(fù)能力的膜層。
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【附圖說明】
[0014]圖1是實(shí)施例1中表面膜自修復(fù)過程的顯微鏡照片:從(a)至(g)依次為原始表面、劃傷表面、劃傷后ls、2s、3s、4s、5s表面的顯微鏡照片。
[0015]
【具體實(shí)施方式】
[0016]將金屬或合金加工成規(guī)格為3CmX3CmX0.2cm的工件，用砂紙打磨至表面光滑平整，用水沖洗后在丙酮中超聲清洗1~2分鐘，得到表面清潔的工件。
[0017]實(shí)施例1:
一種具有快速自修復(fù)能力的AZ31鎂合金表面膜制備方法，具體步驟如下:
①雙氧水水熱處理:將清潔的AZ31鎂合金工件浸沒于裝有質(zhì)量百分濃度為1%的雙氧水溶液的反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜密封后置于100°C的烘箱中保溫3小時(shí)，然后冷卻到室溫、取出工件，用純水沖洗、壓縮空氣吹干；
②溶膠涂敷和固化:將高分子溶膠均勻涂敷到①處理后的工件表面，溶膠體積與金屬工件處理部分面積的比例為50ml: lm2，將工件于60°C下烘干28小時(shí)，即得具有快速自修復(fù)能力的AZ31鎂合金表面膜；
所述高分子溶膠的制備步驟為:將20克十六烷基三甲基溴化銨加入100毫升濃度為0.1摩爾/升溴化鉀溶液中溶解，此時(shí)得到溶液A ;進(jìn)一步在通入氮?dú)鈼l件下將3克甲基丙烯酸十八酯和2克苯乙烯加入到溶液A中，攪拌6小時(shí)，此時(shí)得到溶液B ;在溶液B中加入50克丙烯酸，超聲30分鐘，此時(shí)得到溶液C ;在溶液C中依次加入I毫升濃度為0.0005摩爾/升的焦亞硫酸鉀和I毫升濃度為0.003摩爾/升的過硫酸銨溶液、超聲混勻，此時(shí)得到溶液D ;將溶液D恒溫55°放置36小時(shí)，即得溶膠；
金屬表面膜自修復(fù)能力的檢驗(yàn)步驟如下(其他實(shí)施例同):
用美工刀在膜表面劃出一道約80微米寬的劃痕，在顯微鏡(德國(guó)Leica公司，DM4000M智能數(shù)字式材料顯微鏡)下觀察劃痕的修復(fù)過程，并記錄完全修復(fù)需要的時(shí)間。
[0018]檢驗(yàn)結(jié)果:劃痕快速自行修復(fù)，完全修復(fù)只需5秒種。
[0019]實(shí)施例2:
一種具有快速自修復(fù)能力的純銅表面膜制備方法，具體步驟如下:
①雙氧水水熱處理:將清潔的純銅工件浸沒于裝有質(zhì)量百分濃度為3%的雙氧水溶液的反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜密封后置于120°C的烘箱中保溫5小時(shí)，然后冷卻到室溫、取出工