[发明专利]一种镁/镁合金基体表面的硅烷-氧化铈-水滑石复合涂层的制备方法

说明书

本发明公开了一种镁/镁合金基体表面的硅烷‑氧化铈‑水滑石复合涂层的制备方法，其包括水滑石前驱体的制备、镁合金预处理、水滑石涂层的制备和复合涂层制备四个步骤，其主要化学原料包括无水乙醇、硅烷偶联剂、超纯水和铈盐；其中，铈盐为水溶性盐。其技术路线是，采用水热合成方法先在镁或者镁合金基体表面上沉积上一层水滑石薄膜(化学成分为Mg₆Al₂(OH)₁₆CO₃·4H₂O)；然后，将试样浸泡在硅烷偶联剂与铈盐的混合溶液中，完成复合涂层的制备。本发明具有工艺环保、简单易控；所得复合涂层具有结构致密、附着力强、耐腐蚀性能良好和使用寿命长等技术特点；特别适于海工机械装备的镁合金结构用材的防腐处理。

技术领域

本发明涉及一种镁/镁合金基体表面涂层的制备方法，尤其涉及一种镁/镁合金基体表面的硅烷-氧化铈-水滑石复合涂层的制备方法。

背景技术

镁合金是良好的轻型结构材料，其具有质量轻、比强度高、抗冲击等优异的物理和机械性能，可广泛应用于航空航天、能源工业、化工、汽车、医疗卫生等领域。但是，金属镁化学性质活泼(强还原剂)，且不能像铝那样，氧化后在表面形成钝化层。因而，其耐腐蚀性能差，极大地限制了其实际应用。故使用前，必须经过有效的防腐处理。

现有技术中，表面涂层处理是改善镁合金耐蚀性能的主要途径之一。如：

中国专利申请CN103695871A公开了一种缓蚀性阴离子插层水滑石薄膜的制备方法，其包括以下步骤：a)对镁合金样品进行预处理的步骤；b)配制层状双羟基复合金属氧化物前驱体(LDHs溶胶)的步骤；c)将步骤a)预处理得到的镁合金样品和步骤b)的LDHs溶胶置于水热反应釜中进行水热沉积的步骤。

但是，上述技术方案所制得的水滑石(Mg₆Al₂(OH)₁₆CO₃·4H₂O)涂层为层状结构，分为两层：较厚的致密层(内层)和较薄的多孔层(外层，其微观结构为“叶片状”，是一种多孔材料)，腐蚀介质中的破坏性离子可以通过外层的孔隙侵入涂层内部，进而在内层被腐蚀破坏之后腐蚀基体。因此，水滑石涂层的耐腐蚀性能仍不是十分理想，不能在严苛的环境中给镁合金基材带来长效的保护。

我们认为，要进一步提高水滑石涂层的耐蚀性能，延长涂层对镁合金基材的保护时间，必须对水滑石涂层进行有效的封孔处理。

中国专利申请CN103254762A公开了一种镁合金基体表面防腐用有机硅溶胶-凝胶涂层的制备方法。该方法采用烷氧基硅烷为前躯体，以金属铈的盐类化合物和/或金属镧的盐类化合物作为催化剂，通过水解-缩合反应得到有机硅溶胶-凝胶涂层。

上述技术方案所制得的有机硅溶胶-凝胶涂层比传统的酸催化制得的有机硅溶胶-凝胶涂层能为镁合金提供更好的防腐蚀效果。

尽管上述技术方案中，引入了本身具有减缓金属腐蚀作用的金属铈离子和/或金属镧离子，但是，其耐腐蚀性能仍不是十分理想。原因在于，硅溶胶在成膜过程中体积收缩较大，涂膜易开裂，形成裂纹。因此，一方面，裂纹的存在，一定程度地制约了有机硅溶胶-凝胶涂层耐腐蚀性能的充分发挥；另一方面，为尽可能减少/减轻裂纹，涂层的厚度不得不适度地减薄，而由于有机硅涂层耐磨(耐刮擦)能力先天不足，无法与无机涂层相比拟，过薄的厚度又容易被物理损坏。因此，这又造成了有机硅溶胶-凝胶涂层制备工艺上控制的复杂性。

不难看出，现有技术的水滑石涂层和有机硅溶胶-凝胶涂层技术，其共同的不足之处在于，耐腐蚀性能尚无法达到相对较为理想的程度，其涂层的使用寿命均偏短。

发明内容

本发明的目的是，提供一种镁/镁合金基体表面的硅烷-氧化铈-水滑石复合涂层的制备方法，其工艺环保、简单易控，所制备出复合涂层结构致密、附着力强，具有良好的耐腐蚀性能和较长的使用寿命。