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一种表面具有超疏水镀层的镁合金的制备方法

放大字体  缩小字体发布日期:2013-04-19  浏览次数:989
核心提示:本发明涉及一种表面具有超疏水镀层的镁合金的制备方法。它是通过革新工艺使镁合金具有超疏水镀层以提高其耐蚀能力,同时赋予镁合金抗污染和自清洁的新功能。

10)申请公布号CN102618897A_(43)申请公布日2012.08.01

(21)申请号201210114736.2

(22)申请日2012.04.18

(71)申请人西南大学

地址400716重庆市北碚区天生路216号

(72)发明人李青王忠维佘祖新陈福南李龙芹

(74)专利代理机构重庆弘旭专利代理有限责任118图库彩图50209

代理人周韶红

(51)Int.Cl.

C25D3/38(2006.01)

C25D5/42(2006.01)

C25D5/48(2006.01)

C23C18/36(2006.01)

C23F17/00(2006.01)

权利要求书2页说明书6页附图2页

(54)发明名称

一种表面具有超疏水镀层的镁合金的制备方法

(57)摘要

本发明涉及一种表面具有超疏水镀层的镁合金的制备方法。它是通过革新工艺使镁合金具有超疏水镀层以提高其耐蚀能力,同时赋予镁合金抗污染和自清洁的新功能。此法简单快捷,大大缩短了反应时间,适于工业化生产,且具有环境友好的特点。

1.一种表面具有超疏水镀层的镁合金的制备方法,包括制备镀层和引入疏水性能的步骤,其特征在于:所述引入疏水性能步骤中,利用无氰电沉积铜制备微/纳复合结构,电沉积配方和处理参数为:硫酸铜30-100g•L—1,酒石酸钾钠200-350g•L—1,氢氧化钠50-140g.L—1,硼酸10-30g-L'pH经氢氧化钠调至11-13.5,温度为20-30°C,电流密度0.5-1.2A.—―2,搅拌速度200-800rpm,沉积时间0.5-2h。

2.如权利要求1所述表面具有超疏水镀层的镁合金的制备方法,其特征在于所述引入疏水性能步骤中,利用无氰电沉积铜制备微/纳复合结构,电沉积配方和处理参数为:硫酸铜为50g·L1,酒石酸钾钠278g·L1,氢氧化钠100g·L1,硼酸10g·L1,pH经氢氧化钠调至12.4,温度为25°C,电流密度0.6A·dm_2,搅拌速度300rpm,沉积时间0.8h。

3.如权利要求1所述表面具有超疏水镀层的镁合金的制备方法,其特征在于所述引入疏水性能步骤中,制备所述微/纳复合结构后,采用电沉积方法修饰,沉积液使用十二烷酸或者十八烷酸的乙醇溶液,并添加无水乙酸钠。

4.如权利要求3所述表面具有超疏水镀层的镁合金的制备方法,其特征在于所述引入疏水性能步骤中,制备所述微/纳复合结构后,采用电沉积方法修饰,沉积液配方:十二烷酸或者十八烷酸0.001-0.01mol•L'无水乙酸钠0.01-0.1g·L1;在电沉积过程中,样品作为阳极,石墨电极作为阴极,并采用双阴极单阳极方式,施加直流电流,控制电流密度为0.05-0.1A•dm2,时间10-60min,温度为20-30℃

5.如权利要求4所述表面具有超疏水镀层的镁合金的制备方法,所述沉积液配方为:十二烷酸或者十八烷酸为0.005mol•L1,无水乙酸钠0.08℃控制电流密度0.06A•dm—2,温度为25°C。

6.如权利要求1或3所述表面具有超疏水镀层的镁合金的制备方法,其特征在于所述镀层步骤前,将镁合金进行酸洗_活化复合处理,处理液配方及处理参数如下:乙醇20-70mL.L'醋酸10-40mL.L1,磷酸5-20mL•L1,硝酸1-10mL•I71,Mn(H2P04)20.1-1g.L-1,温度20-30°C,时间1-6min。

7.如权利要求6所述表面具有超疏水镀层的镁合金的制备方法,其特征在于处理液配方及处理参数如下:乙醇50mL•L1,醋酸30mL•L1,磷酸10mL•L1,硝酸5mL•L1,Mn(H2P04)20.8g•L-1,,时间1.5min。

8.如权利要求1所述表面具有超疏水镀层的镁合金的制备方法,其特征在于包括以下步骤:

步骤一.镁合金前处理

(1)镁合金表面除油:使用丙酮超声处理,再进行碱液除油,碱洗工艺如下:Na2C0320-25g.L'NaOH10-15g•L1,十二烷基硫酸钠0.5g•L1,温度70°C,时间3-5min;

(2)酸洗及活化

酸洗_活化复合处理液配方及操作条件如下:乙醇20-70mL·L1,醋酸10-40mL·L1,磷酸5-20mL•L1,硝酸1-10mL•L1,Mn(H2P04)20.1-1g•L1,温度20_30°C,时间1-6min;

步骤二.化学镀

镁合金经过前处理后即可进行化学镀镍,镀液配方为:1)主盐碱式碳酸镍10-15g•L-1;2)还原剂次亚磷酸钠10-30g•L—1;3)络合剂柠檬酸2-8g•L1;4)促进剂氟

2化氢铵20-30g•L—1;5)缓蚀剂氟化氢10-20mL•L—1;6)稳定剂硫脲1mg•L-1;7)缓冲剂氨水30mL•L'操作pH6.0-6.5,温度70-80°C,时间0.5-2h;

步骤三.无氰电沉积铜制备微/纳复合结构

使用无氰碱性配方在经化学镀镍的镁合金表面沉积铜以制备微/纳复合结构;电沉积配方为:硫酸铜30-100g.L1,酒石酸钾钠200-350g.L1,氢氧化钠50-140g•

酸10-30g.L1,pH经氢氧化钠调至11-13.5,温度为室温,电流密度0.5-1.2A.dm2,搅拌速度200-800rpm,沉积时间0.5-2h;

步骤四.修饰

电沉积配方为:十二烷酸或者十八烷酸0.001-0.01mol•L—1,无水乙酸钠0.01-0.1g-L1;在电沉积过程中,样品作为阳极,石墨电极作为阴极,并采用双阴极单阳极方式,施加直流电流,电流密度为0.05-0.1A•dm_2,时间10-60min,温度为20-30℃

;

步骤五.后处理:去离子水中反复提拉以去除表面杂质,次数为2-10次;样品清洗后在空气气氛中70-100°C干燥0.5-2h,自然冷却。

9.如权利要求1至8任一所述方法制备的表面具有超疏水镀层的镁合金。

一种表面具有超疏水镀层的镁合金的制备方法

技术领域

[0001]本发明涉及金属材料表面改性领域,具体涉及一种在镁合金表面制备超疏水镀层的工艺方法。

背景技术

[0002]镁合金因具有密度小,比强度、比刚度及比弹性模量高,良好的铸造性能、切削加工性能及电磁屏蔽性能等特点,被广泛应用于汽车、航天航空、通讯、计算机制造领域。由于能源、环境等问题,汽车工业向汽车减重提出了更迫切的要求,因为降低汽车的自重能够降低能源消耗和减少污染(包括减少汽车尾气和废旧塑料)。镁合金在同体积时比铝合金轻36%,比锌合金轻73%,比钢轻77%的特点正好满足汽车工业的需求。镁合金压铸汽车零件可作为汽车进气歧管、仪表盘、座位架、方向盘、引擎盖、变速箱等,这些应用,大大减轻了汽车的重量。

[0003]此外,镁合金因其导热性能好、热稳定性高、电磁屏蔽好、薄壁铸造性能良好等特点,可广泛应用于电子通讯领域,如可使笔记本电脑、手机、摄影机、投影仪和录像机等更加小型化、轻便化。近年来,镁合金在航空、航天和军工领域也得到很大应用,且其应用前景将会越来越广阔。例如,镁合金可以被用于军事上的掩体框架、迫击炮的基座、导弹、飞机上的齿轮箱壳、座舱罩、托架等。水面舰艇的框架、仪表板、地板、支架、轮,以及发动机的活塞等。同时,镁合金在冶金工业、化工、电极材料、能源工业、生物医学等领域的应用也日益广泛。

[0004]但是由于镁的电势较低,化学活性较高,在使用中极易发生腐蚀,这严重阻碍了镁合金作为功能材料和结构材料的应用。金属发生腐蚀时,大部分情况是其表面存在水或者电解质溶液,如果能在镁合金表层制备超疏水表面,使水或者电解质液无法在其表面成膜或者直接滚落,如此将会大幅降低金属腐蚀速率或者避免腐蚀。

[0005]所以在本发明中,我们将超疏水性质引入到镁合金上以提高其耐蚀能力,同时赋予镁合金抗污染和自清洁的新功能,这样能扩大镁合金的应用范围,增强其应用性。目前国内外报道中鲜见关于在镁合金上制备超疏水表面,多是在惰性基体(如铜、不锈钢、单晶硅等)。而且在这些制备工艺中,通常存在两个缺点,一是成本高,不能大规模生产,且因镁合金的高活性而不能直接应用于镁合金;另一个缺点是在降低表面能步骤中,绝大多数使用含氟试剂,其价格高昂还对人体和环境有害。

发明内容

[0006]本发明目的在于提供了一种表面具有超疏水镀层的镁合金的制备方法,该制备方法制得的镁合金耐蚀和自清洁性能好、适于工业化规模生产。

[0007]本发明目的由以下技术方案实现:

[0008]—种表面具有超疏水镀层的镁合金的制备方法,包括制备镀层和引入疏水性能的步骤,特征在于:所述引入疏水性能步骤中,利用无氰电沉积铜制备微/纳复合结构,电沉积配方和处理参数为:硫酸铜30-100g•L1,酒石酸钾钠200-350g•L'氢氧化钠50-140g•L—1,硼酸10-30g•L-1,pH经氢氧化钠调至11-13.5,温度为20-30℃

,电流密度0.5-1.2A•dm2,搅拌速度200_800rpm,沉积时间0.5_2h。

[0009]在上述步骤中电流密度、沉积时间和沉积配方的配合尤为重要,恰当的电流密度、沉积配方和反应时间使得形成的微/纳复合结构尺寸适中,以便在降低表面能后获得更佳的超疏水性能。

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