[发明专利]一种表面具有超疏水镀层的镁合金的制备方法

说明书

技术领域

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

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。

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。

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。

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

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。

本发明目的由以下技术方案实现：

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，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^-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·dm^-2，搅拌速度200-800rpm，沉积时间0.5-2h。

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。

当硫酸铜为50g·L^-1，酒石酸钾钠278g·L^-1，氢氧化钠100g·L^-1，硼酸10g·L^-1，pH经氢氧化钠调至12.4，温度为25℃，电流密度0.6A·dm^-2，搅拌速度300rpm，沉积时间0.8h，能获得最佳的耐蚀性和自清洁性能。

为了进一步提高制得的镁合金的耐蚀性，上述引入疏水性能步骤中，制备上述微/纳复合结构后，优选采用电沉积方法修饰制得的微/纳复合结构，所述沉积液配方：十二烷酸(月桂酸)或者十八烷酸(硬脂酸)0.001-0.01mol·L^-1，无水乙酸钠0.01-0.1g·L^-1。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，施加直流电压，控制电流密度为0.05-0.1A·dm^-2，时间10-60min，温度为20-30℃。发明人在沉积液中创造性的添加了无水乙酸钠，在增强导电性能的同时又不会干扰反应，并通过外加电压，大大缩短了生产时间。该步骤降低了镁合金表面能，实现超疏水性能，从而使其耐蚀性、自清洁性能更好。