一种低孔隙率低厚度镁合金复合涂层及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于镁合金表面处理技术领域，具体涉及一种低孔隙率低厚度镁合金复合涂层及其制备方法和应用，通过将特定的缓蚀剂与硅酸镁纳米管接枝后对等离子体电解氧化涂层进行封孔处理，得到低孔隙率低厚度镁合金复合涂层。本发明专利技术复合涂层的表面均匀平整，等离子体电解氧化涂层表面的微孔被均匀填充，其孔隙率为0.35%、腐蚀电流密度为3.05

【技术实现步骤摘要】
一种低孔隙率低厚度镁合金复合涂层及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于镁合金表面处理
，具体涉及一种低孔隙率低厚度镁合金复合涂层及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]镁合金具有高强度重量比、可生物降解性能好、阻尼能力强等优点，被广泛应用于运输和医疗器械等领域。如果用镁合金代替钢或铝合金，每辆车的总重量将减少约15%，从而导致燃料利用率减少，温室气体排放显著减少。然而，由于镁合金的化学活性较高，很容易被腐蚀，因此在取代钢或铝方面并不能发挥预期的作用。因此，为了提高镁合金在腐蚀环境中的长期耐腐蚀性能，对其进行表面处理是一种简便且有效的途径。
[0003]对镁合金表面进行表面处理的方式有很多，其中，等离子体电解氧化(PEO)(也叫微弧氧化)是一种对环境友好的处理方式，具有制备工艺简单、成本低以及与镁合金结合力强等优点，但因其特殊的制备过程，PEO涂层的表面常存在一些微孔和微裂纹，导致外界腐蚀性物质通过微孔或微裂纹进入而腐蚀镁合金，极大地影响了PEO涂层的长期耐腐蚀性能。
[0004]为解决上述问题，有研究者在PEO涂层上结合有机涂层或其它涂层用于封闭PEO涂层的微孔和微裂纹，但是，这种方法显著增加了涂层的厚度，一定程度上限制了其在微型仪器防腐、精密仪器防腐等方向中的应用。如公开号为CN103085379A的专利公开了一种镁合金表面微弧氧化纳米自组装金属陶瓷涂层及制备方法，在镁合金基体表面形成微弧氧化陶瓷涂层后再在该陶瓷层表面依次覆盖自组装纳米膜和无机金属陶瓷涂层，实现对微弧氧化膜的微孔的封闭处理，但其中自组装纳米膜厚度为0.1
‑
10μm，无机金属陶瓷涂层厚度为10
‑
50μm，大大增加了整体涂层的厚度。
[0005]因此，亟需开发一种即可减少镁合金表面PEO涂层的微孔或微裂纹、又不额外增加涂层厚度的方法，以进一步扩大镁合金的应用范围。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中在减少镁合金表面PEO涂层的微孔或微裂纹时易增加涂层厚度的问题，本专利技术提出一种低孔隙率低厚度镁合金复合涂层及其制备方法和应用。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种低孔隙率低厚度镁合金复合涂层的制备方法，步骤如下：（1）镁合金预处理；（2）将步骤（1）预处理的镁合金放入等离子体电解氧化涂层电解液，以预处理的镁合金为阳极、不锈钢电极为阴极进行等离子体电解氧化处理，得到等离子体电解氧化涂层PEO；（3）在丙酮存在的条件下，将1
‑
甲基咪唑和溴十一酸反应，得到[MCIM]Br，然后在蒸馏水存在的条件下，将 [MCIM]Br和双三氟甲基磺酰亚胺锂反应，得到[MCIM][NTf2]；（4）在无水乙醇和乙二醇存在的条件下，将硅酸钠、六水合硝酸镁和氢氧化钠反
应，得到硅酸镁纳米管MSNTs；（5）在二氯甲烷存在的条件下，将硅酸镁纳米管MSNTs与[MCIM][NTf2]反应，得到MSNTs@[MCIM][NTf2]材料；（6）将步骤（2）中的PEO进行真空处理，再加入步骤（5）中的MSNTs@[MCIM][NTf2]的无水乙醇溶液，继续真空处理，得到PEO/MSNTs@[MCIM][NTf2]复合涂层。
[0008]优选地，所述步骤（1）中镁合金预处理具体为：将镁合金依次用240目、600目、1500目和3000目砂纸进行打磨，然后用金刚石抛光膏进行抛光处理，最后依次用蒸馏水和无水乙醇清洗，得到预处理的镁合金。
[0009]优选地，所述步骤（2）中等离子体电解氧化电解液的成分为硅酸钠12
‑
18g/L，氢氧化钾8
‑
12g/L和氟化钾3
‑
8g/L；等离子体电解氧化处理的条件为处理时间5
‑
25min、处理温度30
‑
50℃、电压260
‑
350V、电流40
‑
70mA
·
cm
‑2、占空比20
‑
30%、频率450
‑
600Hz。
[0010]优选地，所述步骤（3）中1
‑
甲基咪唑和溴十一酸在20
‑
60℃条件下反应12
‑
48h，其中1
‑
甲基咪唑和溴十一酸的摩尔比为1:1；[MCIM]Br和双三氟甲基磺酰亚胺锂在20
‑
60℃条件下反应8
‑
20h，其中[MCIM]Br和双三氟甲基磺酰亚胺锂的摩尔比为1:1.2。
[0011]优选地，所述步骤（4）中硅酸钠、六水合硝酸镁和氢氧化钠反应具体为：将硅酸钠、六水合硝酸镁和氢氧化钠混合后在室温下搅拌0.5
‑
3h，再将所得溶液转移到聚四氟乙烯水热高压釜中，在120
‑
300℃条件下反应12
‑
48h，其中硅酸钠、六水合硝酸镁和氢氧化钠的摩尔比为1:1:25。
[0012]优选地，所述步骤（5）中将硅酸镁纳米管MSNTs与[MCIM][NTf2]在室温条件下反应12
‑
48h，其中[MCIM][NTf2]和MSNTs的质量比为45:1。
[0013]优选地，所述步骤（6）中真空处理的时间为0.5
‑
3h；继续真空处理的时间为0.5
‑
1.5h。
[0014]虽然直接将缓蚀剂封装在PEO涂层中也可赋予涂层一定的自愈性能，但在长时间浸泡的海洋环境下，缓蚀剂容易提前泄露，导致其不能很好地发挥自愈性能。为此，本专利技术采用接枝的方法，将缓蚀剂MN接枝在MSNTs上，再将其封装在PEO涂层中，可有效解决缓蚀剂提前泄露的问题，不仅能更好地发挥缓蚀剂的自愈性能，同时也不额外增加涂层的厚度，还降低了涂层的孔隙率，提高了涂层整体的致密程度。
[0015]本专利技术还包括利用上述方法制备的低孔隙率低厚度镁合金复合涂层，所述低孔隙率低厚度镁合金复合涂层的孔隙率为0.35%、腐蚀电流密度为3.05
×
10
‑
10
A
·
cm
‑2，未额外增加等离子体电解氧化涂层的厚度。
[0016]本专利技术还包括上述低孔隙率低厚度镁合金复合涂层在镁合金表面防腐中的应用。
[0017]本专利技术还包括上述低孔隙率低厚度镁合金复合涂层在液态环境下镁合金表面防腐中的应用。
[0018]本专利技术的有益效果：1、本专利技术通过将特定的缓蚀剂与硅酸镁纳米管接枝后对等离子体电解氧化(PEO)涂层进行封孔处理，得到一种低孔隙率低厚度镁合金复合涂层，该复合涂层的表面均匀平整，原PEO涂层表面的微孔被均匀填充，复合涂层表面的孔隙率为0.35%、腐蚀电流密度为3.05
×
10
‑
10
A
·
cm
‑2，且未额外增加PEO涂层的厚度，如以厚度为9.8
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低孔隙率低厚度镁合金复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤如下：（1）镁合金预处理；（2）将步骤（1）预处理的镁合金放入等离子体电解氧化涂层电解液，以预处理的镁合金为阳极、不锈钢电极为阴极进行等离子体电解氧化处理，得到等离子体电解氧化涂层PEO；（3）在丙酮存在的条件下，将1
‑
甲基咪唑和溴十一酸反应，得到[MCIM]Br，然后在蒸馏水存在的条件下，将 [MCIM]Br和双三氟甲基磺酰亚胺锂反应，得到[MCIM][NTf2]；（4）在无水乙醇和乙二醇存在的条件下，将硅酸钠、六水合硝酸镁和氢氧化钠反应，得到硅酸镁纳米管MSNTs；（5）在二氯甲烷存在的条件下，将硅酸镁纳米管MSNTs与[MCIM][NTf2]反应，得到MSNTs@[MCIM][NTf2]材料；（6）将步骤（2）中的PEO进行真空处理，再加入步骤（5）中的MSNTs@[MCIM][NTf2]的无水乙醇溶液，继续真空处理，得到PEO/MSNTs@[MCIM][NTf2]复合涂层。2.根据权利要求1所述的低孔隙率低厚度镁合金复合涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中镁合金预处理具体为：将镁合金依次用240目、600目、1500目和3000目砂纸进行打磨，然后用金刚石抛光膏进行抛光处理，最后依次用蒸馏水和无水乙醇清洗，得到预处理的镁合金。3.根据权利要求1所述的低孔隙率低厚度镁合金复合涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中等离子体电解氧化电解液的成分为硅酸钠12
‑
18g/L，氢氧化钾8
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12g/L和氟化钾3
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8g/L；等离子体电解氧化处理的条件为处理时间5
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25min、处理温度30
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50℃、电压260
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350V、电流40
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70m...

【专利技术属性】
技术研发人员：王丽，张敬来，任铁钢，李宁，
申请(专利权)人：河南大学，
类型：发明
国别省市：