一种镁合金微弧氧化黑色超疏水膜层的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种镁合金微弧氧化黑色超疏水膜层的制备方法，首先将含有焦磷酸铜和酒石酸钾钠的着色盐溶液与硅酸盐为主盐的基础电解液混合，以镁合金为基体浸入电解液，采用微弧氧化的方式在镁合金表面制备出黑色陶瓷膜；其次将黑色陶瓷膜浸入九水硝酸铝溶液中，进行LDH处理；最后浸入月桂酸乙醇溶液中修饰并干燥，即得到镁合金微弧氧化黑色超疏水膜层。本发明专利技术将微弧氧化黑色陶瓷膜与超疏水结合，制备功能化膜层，不仅显著提升了镁合金的耐蚀能力，同时具备了高光吸收率、自清洁、防污等性能，拓宽了镁合金以及微弧氧化技术的应用领域。领域。

【技术实现步骤摘要】
一种镁合金微弧氧化黑色超疏水膜层的制备方法


[0001]本专利技术涉及金属表面处理领域，具体涉及一种镁合金微弧氧化黑色超疏水膜层的制备方法。

技术介绍

[0002]以质轻和可回收利用为应用特点的镁合金材料的开发和应用越来越受到世界各国的重视，并日益成为现代工业产品的理想材料。镁合金的生产研发近几年来在我国得到快速发展，但是镁合金耐蚀性能差一直是制约其推广应用的主要原因。为了改善镁合金的性能，进一步扩大镁合金的应用领域，各种表面处理技术被应用在镁合金的处理上。其中，在有色金属表面原位生长陶瓷膜层的微弧氧化技术具有工序简单、处理工件效率高等优点，是解决这一问题的有效手段，并且对环境无污染，符合当前清洁工业的发展要求。
[0003]微弧氧化制备出的陶瓷膜与基体结合牢固、硬度高、具有良好的耐蚀耐磨性能，可以很好地解决传统镁合金膜层耐磨、耐蚀和结合能力差的问题，目前在电子产品等领域已经得到推广。但该技术制备镁合金陶瓷膜大多以白色和灰白色陶瓷膜为主，黑色陶瓷膜的研究相对较少。黑色膜层除了装饰性能优异，还具有较高的光吸收率和吸热能力，在镁合金上制备出黑色膜层，可以广泛应用在电子产品、武器装备、光学仪器中，具有较大应用前景和市场价值。国内外对微弧氧化着色技术的研究仍处于起步阶段，尽管已经可以在镁合金上制备出黑色的微弧氧化膜，但仍存在以下问题：第一，黑色微弧氧化膜耐蚀性、结合力等性能还有待提高，如电压或者电流过大时膜层质量差，耐蚀性不高；第二，微弧氧化电解液中报道最多的钒盐、钨盐等具有黑色显色特性的金属氧化物毒性大，不仅对环境会造成一定的污染，而且会影响溶液体系的稳定性。
[0004]受微弧氧化过程等离子放电的影响，微弧氧化黑色膜层具有粗糙多孔的结构。当处在腐蚀介质环境中，孔洞会促使腐蚀介质渗透，不利于微弧氧化膜长期应用的稳定性。同时与白色微弧氧化膜层相比，电压或者电流过大时微弧氧化黑色膜层的耐蚀性和结合力更差，因此通过后序处理对具有粗糙多孔结构的微弧氧化膜层进行封孔处理，可以进一步提高其防护能力。目前超疏水改性时常用于降低表面自由能的改性剂如含氟树脂、硅氧烷等价格高昂、污染环境且对人体有害，因而利用环保有效的方法在镁合金上制备性能优异的黑色超疏水膜层是目前亟需解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种镁合金微弧氧化黑色超疏水膜层的制备方法，以克服现有技术的缺陷，通过微弧氧化技术制备出黑色陶瓷膜层，并在黑色膜层的基础上进行超疏水改性，不仅进一步提升了耐蚀能力，同时具备了消光、防污、自清洁等性能。对于提高镁合金微弧氧化的应用范围有着重要意义。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种镁合金微弧氧化黑色超疏水膜层的制备方法，包括以下步骤：
[0008]步骤一：将待处理镁合金打磨后在丙酮中超声震洗，然后吹干待用；
[0009]步骤二：在室温下，向蒸馏水中依次加入硅酸钠、氟化钠和氢氧化钾，形成基础电解液；
[0010]步骤三：向蒸馏水中加入对应络合剂酒石酸钾钠，搅拌溶解后加入着色盐焦磷酸铜，得到着色盐溶液；
[0011]步骤四：将步骤三得到的着色盐溶液加入步骤二得到的基础电解液中，搅拌均匀，形成电解液；
[0012]步骤五：以镁合金为阳极，不锈钢板为阴极，将步骤一干燥后的镁合金浸入步骤四得到的电解液中，采用恒压模式对镁合金进行微弧氧化处理，微弧氧化完成后将镁合金取出用水清洗，干燥后即得到镁合金微弧氧化黑色陶瓷膜；
[0013]步骤六：将镁合金微弧氧化黑色陶瓷膜浸入九水硝酸铝溶液中，进行LDH(层状双氢氧化物)处理，然后浸入月桂酸乙醇溶液中修饰，最后干燥，即得到镁合金微弧氧化黑色超疏水膜层。
[0014]进一步地，步骤一中将待处理镁合金打磨至1200#砂纸，在丙酮中超声震洗1min。
[0015]进一步地，步骤二中基础电解液中各成分含量分别为：硅酸钠8-12g/L，氟化钠0.5g/L，氢氧化钾2-4g/L。
[0016]进一步地，步骤三所述的着色盐溶液中，络合剂酒石酸钾钠浓度为5-8g/L，着色盐焦磷酸铜浓度为6-10g/L。
[0017]进一步地，步骤四中着色盐溶液和基础电解液的体积比为1:1。
[0018]进一步地，步骤五中微弧氧化处理具体参数为：正向电压250-300V，负向电压30V，工作频率500-700Hz，正负占空比10％，工作时间5-15min。
[0019]进一步地，步骤六中九水硝酸铝溶液的pH值为10.5。
[0020]进一步地，步骤六中LDH处理的温度为120℃，时间为12-20h。
[0021]进一步地，步骤六中月桂酸乙醇溶液的浓度为0.2mol/L，修饰时间为2h。
[0022]进一步地，步骤六中干燥温度为100℃，时间为30min。
[0023]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0024]本专利技术在工作电压较低(≤300V)的情况下在镁合金表面生成耐蚀性能好、色泽均匀的黑色陶瓷膜层，比传统微弧氧化的电压(400V左右)更低，因此效率高、单位能耗低、节能环保且可批量生产。在常规的LDH处理后，膜层颜色会发白或发灰，本专利技术将微弧氧化着色与超疏水技术相结合，不会影响原本微弧氧化黑色膜的颜色，甚至使得黑度提高，颜色进一步加深，不仅在镁合金表面制备出均匀光滑的黑色膜层，并且有效减少了基体与腐蚀性物质直接接触，大幅提高了镁合金的耐蚀性。
[0025]进一步地，本专利技术采用的着色盐焦磷酸铜存在二次络合，提高了电解液的稳定性和黑色膜层的表面质量。传统的着色盐如硫酸铜属于强电解质，在电解液中溶解后发生完全电离。而着色盐焦磷酸铜的电离能力较弱，不会发生全部电离，因此电解液中铜离子有两种存在形式：一是与电解液中的络合剂酒石酸钾钠形成金属络合物，二是已经电离的铜离子与P2O
74-发生二次组合形成配位盐，配位盐以Cu(P2O7)
26-的形式存在，此时存在离子平衡：[Cu(P2O7)2]6-→
Cu
2+
+2P2O
74-；P2O
74-与铜离子的配位能力较差，配位离子的稳定性不高，但能够与酒石酸钾钠络合反应中解离后的铜离子再次结合，形成二次络合，提高了铜离子在呈
碱性的电解液中存在的稳定性，使得微弧氧化过程中阳极附近有足够量的铜络合物参与反应。因而所制备的膜层在颜色、表面质量上均有提高。
[0026]进一步地，本专利技术制备黑色超疏水膜层的方法，采用月桂酸乙醇溶液作为低表面能改性剂，工艺简便并对人体和环境无害，表面修饰后表现出优异的超疏水性。
[0027]进一步地，本专利技术在超疏水改性后，使微弧氧化膜层黑度提高，颜色进一步加深。动电位扫描极化曲线数据显示：黑色超疏水涂层能够显著提高镁合金的耐腐蚀性能。
[0028]进一步地，在于LDH处理时反应溶液的调配以及选择合适的反应参数(反应温度、时间、pH)。当反应溶液用氨水调节pH时，此时LDH膜层生长速率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镁合金微弧氧化黑色超疏水膜层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将待处理镁合金打磨后在丙酮中超声震洗，然后吹干待用；步骤二：在室温下，向蒸馏水中依次加入硅酸钠、氟化钠和氢氧化钾，形成基础电解液；步骤三：向蒸馏水中加入对应络合剂酒石酸钾钠，搅拌溶解后加入着色盐焦磷酸铜，得到着色盐溶液；步骤四：将步骤三得到的着色盐溶液加入步骤二得到的基础电解液中，搅拌均匀，形成电解液；步骤五：以镁合金为阳极，不锈钢板为阴极，将步骤一干燥后的镁合金浸入步骤四得到的电解液中，采用恒压模式对镁合金进行微弧氧化处理，微弧氧化完成后将镁合金取出用水清洗，干燥后即得到镁合金微弧氧化黑色陶瓷膜；步骤六：将镁合金微弧氧化黑色陶瓷膜浸入九水硝酸铝溶液中，进行LDH处理，然后浸入月桂酸乙醇溶液中修饰，最后干燥，即得到镁合金微弧氧化黑色超疏水膜层。2.根据权利要求1所述的一种镁合金微弧氧化黑色超疏水膜层的制备方法，其特征在于，步骤一中将待处理镁合金打磨至1200#砂纸，在丙酮中超声震洗1min。3.根据权利要求1所述的一种镁合金微弧氧化黑色超疏水膜层的制备方法，其特征在于，步骤二中基础电解液中各成分含量分别为：硅酸钠8-12g/L，氟化钠0.5g/L，氢氧化钾2-4g/L。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：周根树，王梦杰，周凡，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：