[发明专利]一种在镁合金上制备超疏水表面的方法

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表面的工艺方法。

背景技术

随着全球经济一体化进程的加速，如何降低能源消耗、提高能源利用率、减少环境污染以及节约地球有限资源是当今人类面临的一个相当严峻而紧迫的任务。产品的轻量化为该问题的解决提供了一个有效途径。镁合金作为最轻质的工程结构材料，具有比重轻、比强度比刚度高、阻尼减振降噪能力强、铸造性能优越和切削加工性能和易于回收利用等优点，是一种极具利用价值的资源。

据测算，汽车自重减轻10％，其燃料效率可提高5.5％，如果每辆汽车使用70公斤镁，那么CO₂的年排放量可减少30％以上，因此镁合金被誉为“21世纪绿色结构材料”。它作为替代工程塑料，铝和钢铁的新型材料，能较好地满足国防军工、航空航天、交通工具、3C产品以及手动工具等对轻量化、节能、减振降噪的要求。

目前，镁合金压铸汽车零部件主要用作汽车的仪表盘基座、座椅框架、驾驶杆元件、发动机阀盖、手动变速箱、汽车车身以及汽车轮毂等。在航空航天和军工领域也得到了很大的应用，且其应用前景将会越来越广阔。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。

然而，镁是一种非常活泼的金属，具有极高的化学和电化学活性，极易被腐蚀，即便是将镁合金置于空气中，其表面都会形成一层疏松多孔的氧化膜，极大地限制了其应用范围。

当前常用的提高镁合金耐蚀性能的方法主要有三类：改变镁合金基体的合金成分、改善镁合金的微观结构以及表面功能改性。前两者工艺过程比较复杂，投入较大，所以表面功能改性是目前镁合金防腐蚀最常用的技术。在本发明中，根据超疏水性表面的概念以及制备方法，有效地应用到镁合金表面，利用超疏水表面所特有的功能(如抗水、抗雾、雨雪，抗污，防腐蚀)以实现镁合金表面的功能改性，从而大大地提高镁合金的耐蚀性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在镁合金上制备超疏水表面的方法，制得的超疏水表面机械性能、耐腐蚀性能、自清洁性能优良。

本发明的目的是通过以下措施实现的：

一种在镁合金上制备超疏水表面的方法，包括化学镀镍、电沉积、制备微/纳结构以及修饰步骤，其特征在于所述电沉积是制备铜锌合金镀层。

为了使微纳复合结构的镀层厚度适中，上述电沉积配方包括硫酸铜10-30g·L^-1，硫酸锌3-14g·L^-1；电流密度0.5-1.2A·dm^-2，沉积时间0.5-2h。

为了得到平整均匀的电镀层表面，以及抑制镀层表面针孔的生成，上述电沉积配方中还包括硫酸钠20-40g·L^-1。

为了更好的促进金属络合物的形成，最终有利于金属单质沉积形成镀层，上述电沉积配方中还包括柠檬酸钠10-20g·L^-1；进一步地，所述电沉积配方中还包括酒石酸钾钠90-100g·L^-1。

为了更有利于金属络合物以单质的形式沉积形成微纳复合结构镀层，上述电沉积条件为pH 13.0-13.5，温度25-50℃。

优选地，上述电沉积配方是硫酸铜10-30g·L^-1，硫酸锌3-14g·L^-1，酒石酸钾钠90-100g·L^-1，硫酸钠20-40g·L^-1，柠檬酸钠10-20g·L^-1，氢氧化钠40-50g·L^-1，pH 13.0-13.5，温度为25-50℃，电流密度0.5-1.2A·dm^-2，搅拌速度200-800rpm，沉积时间0.5-2h。

为了加快微/纳复合结构的膜层的形成速度，上述微/纳结构制备采用碱性阳极氧化处理，控制条件是电流密度0.6-1.2A·dm^-2，时间10-20min，温度40-60℃。优选地，所述微/纳结构制备的溶液为NaOH 2-6mol·L^-1，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0.6A·dm^-2，时间15min，温度为50℃。样品是指经上述电沉积处理后的镁合金。

为了更好的降低微/纳复合结构的膜层的表面能，实现超疏水性能，上述修饰过程即为降低表面能过程，采用静电吸附的方法在氧化铜膜层表面沉积低表面能物质。