镁合金超疏水表面的制备方法.pdf

本发明公开了一种镁合金超疏水表面的制备方法。本发明将经过常规预处理后的镁合金清洗处理后，在磷酸盐电解液中采用微弧氧化工艺在样品表面构筑粗糙化的微/纳多孔表面，然后经过丙烯酸溶液处理，最后在其表面旋涂乙烯基聚二甲基硅氧烷，最后将修饰好的试样进行干燥，即可得到镁合金超疏水表面。

1、  一种镁合金超疏水表面的制备方法，包括以下步骤：
(1)表面微/纳多孔结构制备：将经过常规预处理后的镁合金工件清洗待用，采用微弧氧化处理工艺在镁合金表面获得粗糙化的微/纳多孔表面；微弧氧化处理所用的电解液为磷酸盐体系电解液，将预处理后的镁合金样品作为阳极，不锈钢电解池兼作阴极，微弧氧化处理过程中电解液温度始终保持在25～30℃之间，电流密度恒定为6A/dm²，氧化20～50min，即可在镁合金工件表面获得微/纳多孔结构；
(2)化学腐蚀：将微弧氧化后的镁合金清洗后浸入丙烯酸溶液中处理0.5～2h，处理温度为80±3℃；
(3)疏水化处理：在经过化学腐蚀后的镁合金试样上旋涂乙烯基聚二甲基硅氧烷，最后将修饰好的试样放入烘箱中干燥，即可得到镁合金超疏水表面。

2、  如权利要求1所述的方法，其特征在于磷酸盐体系电解液中含有8～12g/L磷酸钠，0.5～1.5g/L氢氧化钾。

镁合金超疏水表面的制备方法
技术领域
本发明涉及在金属表面上构筑新结构的方法，具体涉及一种镁合金超疏水表面的制作方法。
背景技术
镁合金在汽车工业、航空航天、武器装备、以及计算机、通信产品及消费类3C电子产品领域镁合金具有一些其他材料无法比拟的优势。镁在所有结构金属中具有最低电位，化学活性很高，镁的氧化膜疏松，所以镁合金的耐蚀性能较差。特别是在潮湿的空气、含硫气氛和海洋大气中，镁合金部件腐蚀问题更显严重。例如：位于沿海机场的某型飞机终年飞行、停放于环境相对恶劣的海洋大气，长期处在高湿度、高温、高盐分的大气中，机场相对湿度在80％以上的时间高达40％，年平均降水量1622.32mm，年平均降水日134天。雨水、潮湿的海洋大气给飞机结构件，特别是镁合金零部件造成严重的腐蚀，以至于严重影响飞行任务的完成。
防止镁合金零部件在潮湿或液体介质中的腐蚀可以从两方面考虑：一是通过表面处理的方法提高镁合金零部件本省的耐蚀能力；二是可以尝试在镁合金表面构筑超疏水结构。镁合金的腐蚀主要是由于镁合金和周围的介质如潮湿空气、水、电解液等之间发生化学或电化学作用而生成了金属氧化物、氢氧化物以及混合物等，因而造成镁合金的腐蚀破坏，通过减少镁合金与水气介质的直接接触可以提高镁合金的腐蚀性能。在表面构筑超疏水结构即可起到降低镁合金与水、溶液等介质直接接触的机会，从而提高其耐蚀性能。同时镁合金超疏水表面在工业和人们的日常生活中有着极其广阔的应用前景。例如，它可以用来防雪、防污染、抗氧化以及防止电流传导和自净等功能。
目前，针对镁合金表面的超疏水处理的方法几乎没有，现有的专利主要是针对铝合金、钛合金等金属材料：如：专利(CN1814862A)采用铝合金表面喷砂+涂敷低表面能物质来获得超疏水表面；专利(CN200710026279.0)采用铝合金表面化学刻蚀+涂敷低表面能物质来获得超疏水表面。专利(CN200610010554.5)通过湿化学法和表面修饰的方法在金属铜表面构筑出超疏水结构。可想而知，镁合金超疏水表面的制备对于镁合金的自清洁和防腐蚀有着重要的实际意义。
发明内容
本发明的目的是为了提高镁合金在水介质以及潮湿环境中的腐蚀问题，而提供的一种在镁合金表面构筑超疏水结构的方法。
本发明将经过常规预处理后的镁合金清洗处理后，在磷酸盐电解液中采用微弧氧化工艺在样品表面构筑粗糙化的微/纳多孔表面，然后经过丙烯酸溶液处理，最后在其表面旋涂乙烯基聚二甲基硅氧烷，最后将修饰好的试样进行干燥，即可得到镁合金超疏水表面。
本发明在镁合金表面构筑超疏水结构的过程包括以下步骤：
(1)表面微/纳多孔结构制备：将经过常规预处理后的镁合金工件清洗待用，采用微弧氧化处理工艺在镁合金表面获得粗糙化的微/纳多孔表面；微弧氧化处理所用的电解液为磷酸盐体系电解液，将预处理后的镁合金样品作为阳极，不锈钢电解池兼作阴极，微弧氧化处理过程中电解液温度始终保持在25～30℃之间，电流密度恒定为6A/dm²，氧化20～50min，即可在镁合金工件表面获得微/纳多孔结构；
(2)化学腐蚀：将微弧氧化后的镁合金清洗后浸入丙烯酸溶液中处理0.5～2h，处理温度为80±3℃；
(3)疏水化处理：在经过化学腐蚀后的镁合金试样上旋涂乙烯基聚二甲基硅氧烷(PDMSVT)，最后将修饰好的试样放入烘箱中干燥，即可得到镁合金超疏水表面。
磷酸盐体系电解液中含有8～12g/L磷酸钠，0.5～1.5g/L氢氧化钾。
采用本发明的方法制备出的仿生铝及其合金表面，具有以下特点：
1、采用微弧氧化处理在镁合金表面获得粗糙化构架具有工艺可控性好，易于批量生产等特点。同时氧化后得到的多孔结构具有较好的力学性能，克服了以往超疏水表面力学性能差的缺点。
2、所制得的镁合金超疏水性表面具有微/纳多孔结构，该表面表现出优异的超疏水性，即对水的接触角大于150°。
本发明的镁合金超疏水表面可用于潮湿环境或水中运输工具或水下装备上，可以减小水的阻力，提高行驶速度，减小噪音，和减小摩擦和防止腐蚀。同时用于手机、笔记本电脑、照相机等电子产品外壳上，可以减少潮湿环境或汗液对其的腐蚀和污染。
具体实施方式
实施例1
处理样品为压铸AZ91D镁合金，大小为25mm×14mm×12mm的块状，其具体操作步骤为：
1、样品预处理：Q用500～1000#的水砂纸依次打磨样品表面至其粗糙度Ra≈0.18μm。采用普通洗涤剂对打磨后样品表面进行清洗，以去掉油污，然后用蒸馏水冲洗后待用；
2、将处理好的镁合金样品置入磷酸盐体系(8～12g/L磷酸钠，0.5～1.5g/L氢氧化钾)电解液中，采用微弧氧化处理工艺在镁合金表面获得粗糙化的微/纳多孔表面，将镁合金样品作为阳极，不锈钢电解池兼作阴极。微弧氧化处理过程中电解液温度始终保持在25～30℃之间，电流密度恒定为6A/dm²，氧化20～50min。然后用水清洗后即可在镁合金工件表面获得微/纳多孔结构。
3、将微弧氧化后的镁合金样品浸入0.5M丙烯酸溶液中处理0.5～2h，处理温度为80±3℃，处理后的样品用去离子水清洗，以除去试样表面上多余的丙烯酸溶液，
4、在经过丙烯酸腐蚀后的镁合金试样上旋涂乙烯基聚二甲基硅氧烷(PDMSVT)，最后将修饰好的试样放入烘箱中120℃干燥1h，即可得到镁合金超疏水表面。
水滴在其表面上的静态接触角高达155°，滚动角小于8°，体现出优异的超疏水性能。