IPC分类号 : C23C26/00,B24B1/00,B24C1/06,B24C11/00
专利摘要
本发明提出了一种镁合金表面导电耐蚀聚苯胺/铁复合涂层及其制备方法,首先采用喷砂处理在镁合金表面形成均匀致密的改性层,该改性层具有一定的粗糙度,有利于提高复合涂层与镁合金基体的结合强度;然后利用旋涂法制备厚度不同、内部缺陷少的聚苯胺/铁复合涂层。聚苯胺粉末与铁粉均匀混合在成膜介质中,聚苯胺粉末可提供优异的耐腐蚀性能和良好的导电性,铁粉可调控镁合金的腐蚀速率,弥补聚苯胺粉末耐磨性差的缺点,两种组元的协同效应可在不破坏镁合金表面导电性的基础上,提高其耐腐蚀性能。本发明所述方法制备的表面具有聚苯胺/铁复合涂层的镁合金可用于对导电性和耐蚀性要求较高的使用环境。
权利要求
1.一种镁合金表面导电耐蚀聚苯胺/铁复合涂层,其特征为喷砂处理在镁合金表面形成表面粗糙度值Ra为0.4~0.9mm的改性层,改性层上面为聚苯胺/铁复合涂层;
所述的表面改性后镁合金自腐蚀电位为-0.77~-0.65V/SCE,自腐蚀电流密度为(0.23~0.09)×10
所述镁合金为商业化AZ系、ZK系和WE系镁合金板材;
所述的镁合金表面导电耐蚀聚苯胺/铁复合涂层的制备方法,其特征为包括如下步骤:
第一步:镁合金原始表面机械抛光
对镁合金原始表面进行预处理,先用水砂纸进行打磨,然后利用氧化铝抛光粉对打磨后表面进行机械抛光,最后在无水乙醇中超声清洗,冷风吹干,得到镁合金抛光表面;
第二步:镁合金抛光表面喷砂处理
对镁合金抛光表面进行喷砂处理,喷砂磨料选用石英砂,石英砂D50中位粒径0.05~0.80mm;压缩气体选用高纯氩气,氩气压力0.05~0.50MPa;选用直径8~12mm的直孔式喷嘴,喷嘴与镁合金表面距离250~600mm,磨料喷出角度与镁合金表面法向夹角10~40°,得到粗糙致密的镁合金待镀表面;
第三步:聚苯胺/铁复合涂层制备
(A)选用导电态聚苯胺粉末和99.9%高纯铁粉末为复合涂层组元,聚苯胺粉末D50中位粒径0.1~10μm,高纯铁粉D50中位粒径0.5~15μm,聚苯胺粉末/铁粉质量比1~5,成膜介质组成为70%质量分数的环氧树脂与30%质量分数的固化剂,聚苯胺/铁混合粉末与成膜介质质量比0.01~0.05,磁转子搅拌10min,得到均匀混合的镀膜溶液;
(B)利用旋涂机对镁合金待镀表面进行膜层涂覆,将镁合金固定在旋涂机转盘上,利用移液枪将第三步(A)所得镀膜溶液滴加到镁合金待镀表面,旋涂机转速500~2000rpm,持续旋转5~10min,最后将镀膜后镁合金在80
2.如权利要求1所述的镁合金表面导电耐蚀聚苯胺/铁复合涂层,其特征为所述的制备方法中,所述的环氧树脂为E51型热固性环氧树脂。
3.如权利要求1所述的镁合金表面导电耐蚀聚苯胺/铁复合涂层,其特征为所述的制备方法中,所述的固化剂为W93固化剂。
4.如权利要求1所述的镁合金表面导电耐蚀聚苯胺/铁复合涂层,其特征为所述的制备方法中,第二步中优选为石英砂D50中位粒径0.1~0.5mm,氩气压力0.05~0.25MPa,喷嘴与镁合金表面距离300~500mm,磨料喷出角度与镁合金表面法向夹角15~25°。
5.如权利要求1所述的镁合金表面导电耐蚀聚苯胺/铁复合涂层,其特征为所述的制备方法中,第三步(A)中优选为聚苯胺粉末D50中位粒径0.5~5μm,高纯铁粉D50中位粒径2~12μm,聚苯胺粉末/铁粉质量比2~4,聚苯胺/铁混合粉末与成膜介质质量比0.02~0.04。
6.如权利要求1所述的镁合金表面导电耐蚀聚苯胺/铁复合涂层,其特征为所述的制备方法中,第三步(B)中优选为每1cm
7.一种导电耐蚀镁合金,其特征在于,所述镁合金由权利要求1中聚苯胺/铁复合涂层表面改性所得。
说明书
技术领域
本发明属于金属材料表面改性领域,具体涉及镁合金表面功能性涂层的制备方法。
背景技术
镁合金具有密度小、比强度高、减震性好、易切削加工、便于回收的优点,在汽车制造、航空航天、电子通信、生物医用等领域具有广阔应用前景,被誉为“21世纪绿色金属结构材料”。但是,镁合金化学性质十分活泼,极易在腐蚀介质中发生降解而失去结构完整性,导致其在服役过程中因力学支撑作用下降而失效。因此,有必要对镁合金进行表面改性以提高其耐腐蚀性能。
目前研究较多的涂层根据类型不同可分为金属涂层、有机高分子涂层和无机非金属涂层,其中,金属涂层具有强度高、耐磨损、可导电的特点;有机高分子涂层具有阻隔、耐腐蚀、柔软、润滑的特点;无机非金属涂层具有硬度大、强度高、稳定性好的特点。实际应用中,单一类型涂层往往难以适应镁合金复杂多样的服役环境,利用不同涂层之间的协同效应,可以制备综合性能更优的复合涂层,这已成为镁合金表面改性研究的发展趋势。
随着镁合金应用领域的不断扩展,对其表面功能特性的要求越来越高,现阶段镁合金表面复合涂层大多是电绝缘的,它们在提高镁合金耐腐蚀性能的同时,降低了镁合金表面的电学特性。研究表明,聚苯胺是一种新型导电聚合物,可弥补常见高分子电绝缘的缺点,并且聚苯胺具有优异的耐腐蚀性能,可用于金属防腐领域,但是聚苯胺的耐磨性较差,在受摩擦环境中服役性能不佳。铁作为典型的可降解金属,相比于镁合金,具有腐蚀速率小、力学强度高、耐磨性好的优点,可提高镁合金表面力学性能,调控镁合金腐蚀速率,同时弥补聚苯胺耐磨性差的缺点。因此,通过在镁合金表面制备聚苯胺/铁复合涂层,能够在保证镁合金导电性的基础上,提高镁合金表面的耐腐蚀性能。
发明内容
本发明针对镁合金耐腐蚀性能差、现有防腐涂层电绝缘的问题,提供了一种导电耐蚀复合涂层。所述镁合金为商业化AZ系、ZK系和WE系镁合金板材,所述复合涂层为聚苯胺/铁复合涂层。其中,聚苯胺在复合涂层中起到提高耐腐蚀性能、改善导电性的作用;铁掺杂在复合涂层中,可调控镁合金的腐蚀速率,提高复合涂层的力学强度,弥补聚苯胺耐磨性差的缺点。以该复合涂层表面改性镁合金,可通过聚苯胺与铁的协同效应,制备导电耐蚀镁合金。
本发明的技术方案为:
一种镁合金表面导电耐蚀聚苯胺/铁复合涂层,所述镁合金为商业化AZ系、ZK系和WE系镁合金板材,所述复合涂层为聚苯胺/铁复合涂层。
首先采用喷砂处理在镁合金表面形成均匀致密且具有一定表面粗糙度的改性层,所述的表面粗糙度值(Ra)为0.4~0.9mm,然后利用旋涂法在镁合金表面制备聚苯胺/铁复合涂层。
表面改性后镁合金自腐蚀电位为-0.77~-0.65V/SCE,自腐蚀电流密度为(0.23~0.09)×10
本发明的另一个目的是提出一种镁合金表面导电耐蚀聚苯胺/铁复合涂层的制备方法,包括如下步骤:
第一步:镁合金原始表面机械抛光
对镁合金原始表面进行预处理,先用水砂纸进行打磨,然后利用氧化铝抛光粉对打磨后表面进行机械抛光,最后在无水乙醇中超声清洗,冷风吹干,得到镁合金抛光表面。
第二步:镁合金抛光表面喷砂处理
对镁合金抛光表面进行喷砂处理,喷砂磨料选用石英砂,石英砂D50中位粒径0.05~0.80mm;压缩气体选用高纯氩气,氩气压力0.05~0.50MPa;选用直径8~12mm的直孔式喷嘴,喷嘴与镁合金表面距离250~600mm,磨料喷出角度与镁合金表面法向夹角10~40°,得到粗糙致密的镁合金待镀表面。
优选地,石英砂D50中位粒径0.1~0.5mm,氩气压力0.05~0.25MPa,喷嘴与镁合金表面距离300~500mm,磨料喷出角度与镁合金表面法向夹角15~25°。
第三步:聚苯胺/铁复合涂层制备
(A)选用导电态聚苯胺粉末和99.9%高纯铁粉末为复合涂层组元,聚苯胺粉末D50中位粒径0.1~10μm,高纯铁粉D50中位粒径0.5~15μm,聚苯胺粉末/铁粉质量比1~5,成膜介质组成为70%质量分数的环氧树脂与30%质量分数的固化剂,聚苯胺/铁混合粉末与成膜介质质量比0.01~0.05,磁转子搅拌10min,得到均匀混合的镀膜溶液。
优选地,聚苯胺粉末D50中位粒径0.5~5μm,高纯铁粉D50中位粒径2~12μm,聚苯胺粉末/铁粉质量比2~4,聚苯胺/铁混合粉末与成膜介质质量比0.02~0.04。
(B)利用旋涂机对镁合金待镀表面进行膜层涂覆,将镁合金固定在旋涂机转盘上,利用移液枪将第三步(A)所得镀膜溶液滴加到镁合金待镀表面,旋涂机转速500~2000rpm,持续旋转5~10min,最后将镀膜后镁合金在80℃下保温24小时,得到聚苯胺/铁复合涂层表面改性的镁合金;其中,每1cm
所述的环氧树脂为E51型热固性环氧树脂,所述的固化剂为W93固化剂。
所述镁合金由聚苯胺/铁复合涂层表面改性所得。
优选地,每1cm
上述制备方法可在镁合金表面制备聚苯胺/铁复合涂层,该复合涂层在不降低镁合金表面导电性的基础上,明显提高了其耐腐蚀性能。其中,喷砂处理可在镁合金表面形成均匀致密的改性层,该改性层具有一定的粗糙度,有利于提高复合涂层与镁合金基体的结合强度;旋涂法通过适当调节转速可获得厚度不同、内部缺陷少的复合涂层,是一种简便高效的镁合金表面改性方法。通过对喷砂处理与旋涂法工艺参数的优化组合,可以制备高质量聚苯胺/铁复合涂层,同时改善镁合金表面电学特性和耐腐蚀性能,使其满足复杂多样的使用要求。
本发明的有益效果为:
本发明有机结合了喷砂处理与旋涂法,其优点如下:
(1)发明人通过大量试验,得到了喷砂处理与旋涂法制备聚苯胺/铁复合涂层的最优工艺参数:对于喷砂处理,石英砂D50中位粒径0.1~0.5mm,氩气压力0.05~0.25MPa,喷嘴与镁合金表面距离300~500mm,磨料喷出角度与镁合金表面法向夹角15~25°;对于旋涂法,聚苯胺粉末D50中位粒径0.5~5μm,高纯铁粉D50中位粒径2~12μm,聚苯胺粉末/铁粉质量比2~4,聚苯胺/铁混合粉末与成膜介质质量比0.02~0.04,镀膜溶液体积2~4μL,旋涂机转速800~1000rpm。在此工艺参数范围内,可以制备均匀致密、内部缺陷少、结合强度高的聚苯胺/铁复合涂层。
(2)聚苯胺/铁复合涂层中,聚苯胺粉末与铁粉均匀混合在成膜介质中,聚苯胺粉末可提供优异的耐腐蚀性能和良好的导电性,铁粉可调控镁合金的腐蚀速率,弥补聚苯胺粉末耐磨性差的缺点,两种组元的协同作用可在不破坏表面导电性的基础上,提高镁合金表面耐腐蚀性能。改性后镁合金自腐蚀电位为-0.77~-0.65V/SCE,自腐蚀电流密度为(0.23~0.09)×10
附图说明
图1:实施例1中镁合金表面聚苯胺/铁复合涂层微观形貌。
图2:实施例1中聚苯胺/铁复合涂层改性前后镁合金腐蚀性能对比。
图3:实施例1中聚苯胺/铁复合涂层改性前后镁合金表面电阻值对比。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明中一种镁合金表面聚苯胺/铁复合涂层的制备方法,具体实施这种制备方法有下列步骤:
第一步:镁合金原始表面机械抛光
对镁合金原始表面进行预处理,分别用500#、1000#、1500#和2000#水砂纸进行打磨,去除表面氧化皮和杂质,然后利用0.3μm粒径的氧化铝抛光粉对打磨后表面进行机械抛光,直至去除表面划痕,最后在无水乙醇中超声清洗15min,冷风吹干,得到镁合金抛光表面。
第二步:镁合金抛光表面喷砂处理
对镁合金抛光表面进行喷砂处理,喷砂磨料选用石英砂,石英砂D50中位粒径0.05~0.80mm,优选0.1~0.5mm;压缩气体选用高纯氩气,氩气压力0.05~0.50MPa,优选0.05~0.25MPa;选用直径8~12mm的直孔式喷嘴,喷嘴与镁合金表面距离250~600mm,优选300~500mm,磨料喷出角度与镁合金表面法向夹角10~40°,优选15~25°,得到粗糙致密的镁合金待镀表面。
第三步:聚苯胺/铁复合涂层制备
(A)选用导电态聚苯胺粉末和99.9%高纯铁粉末为复合涂层组元,聚苯胺粉末D50中位粒径0.1~10μm,优选0.5~5μm,高纯铁粉D50中位粒径0.5~15μm,优选2~12μm,聚苯胺粉末/铁粉质量比1~5,优选2~4,成膜介质组成为70%质量分数的E51型热固性环氧树脂与30%质量分数的W93固化剂,聚苯胺/铁混合粉末与成膜介质质量比0.01~0.05,优选0.02~0.04,磁转子搅拌10min,得到均匀混合的镀膜溶液。
(B)利用旋涂机对镁合金待镀表面进行膜层涂覆,将镁合金固定在旋涂机转盘上,利用移液枪将第三步(A)所得镀膜溶液滴加到镁合金待镀表面,旋涂机转速500~2000rpm,优选800~1000rpm,持续旋转10min,最后将镀膜后镁合金在80℃下保温24小时,得到聚苯胺/铁复合涂层表面改性的镁合金;其中,每1cm
对本发明所述方法制备的镁合金表面聚苯胺/铁复合涂层进行微观组织分析,可知该复合涂层由弥散分布在成膜介质中的聚苯胺和铁混合粉末构成,厚度均匀,内部缺陷少,与镁合金基体结合良好。
下面通过具体实施例进行详细介绍。
实施例1:
第一步:镁合金原始表面机械抛光
对AZ31镁合金原始表面进行预处理,分别用500#、1000#、1500#和2000#水砂纸进行打磨,去除表面氧化皮和杂质,然后利用0.3μm粒径的氧化铝抛光粉对打磨后表面进行机械抛光,直至去除表面划痕,最后在无水乙醇中超声清洗15min,冷风吹干,得到AZ31镁合金抛光表面。
第二步:镁合金抛光表面喷砂处理
对AZ31镁合金抛光表面进行喷砂处理,喷砂磨料选用石英砂,石英砂D50中位粒径0.1mm;压缩气体选用高纯氩气(纯度为99.999%),氩气压力0.05MPa;选用直径12mm的直孔式喷嘴,喷嘴与镁合金表面距离300mm,磨料喷出角度与镁合金表面法向夹角15°,得到粗糙致密的AZ31镁合金待镀表面。
第三步:聚苯胺/铁复合涂层制备
(A)选用导电态聚苯胺粉末和99.9%高纯铁粉末为复合涂层组元,聚苯胺粉末D50中位粒径0.5μm,高纯铁粉D50中位粒径2μm,聚苯胺粉末/铁粉质量比2,成膜介质组成为70%质量分数的E51型热固性环氧树脂与30%质量分数的W93固化剂,聚苯胺/铁混合粉末与成膜介质质量比0.02,磁转子搅拌10min,得到均匀混合的镀膜溶液。
(B)利用旋涂机对镁合金待镀表面进行膜层涂覆,将镁合金固定在旋涂机转盘上,利用移液枪将第三步(A)所得镀膜溶液滴加到镁合金待镀表面,旋涂机转速800rpm,持续旋转10min,最后将镀膜后镁合金在80℃下保温24小时,得到聚苯胺/铁复合涂层表面改性的AZ31镁合金;其中,每1cm
对实施例1中制得的试样进行结构分析和性能检测:
(1)AZ31镁合金表面聚苯胺/铁复合涂层微观形貌:
采用扫描电镜对聚苯胺/铁复合涂层微观形貌进行观察。由附图1可见,实施例1所得复合涂层中聚苯胺粉末和铁粉均匀分布在AZ31镁合金表面,聚苯胺粉末呈梭状形貌,单颗聚苯胺粉末D50中位粒径中位数约为0.5μm,大量聚苯胺粉末团聚形成尺寸1~3μm的团簇;铁粉呈不规则块状形貌,单颗铁粉D50中位粒径尺寸1~3μm。
(2)聚苯胺/铁复合涂层改性前后镁合金腐蚀性能对比
对表面改性前后AZ31镁合金腐蚀性能在25℃,3.5%NaCl溶液中进行电化学测试,采用三电极体系,铂极作为辅助电极,饱和甘汞作为参比电极,电位扫描速度为0.001v/s。由附图2可见,实施例1所得改性后AZ31镁合金的自腐蚀电位为-0.77V/SCE,自腐蚀电流密度为0.23×10
(3)聚苯胺/铁复合涂层改性前后镁合金表面电阻值对比
采用高精度数字万用表对表面改性前后AZ31镁合金进行电阻测量,测试条件为20℃,相对湿度60%,样品尺寸为10mm×10mm×1mm。由附图3可见,实施例1所得改性后AZ31镁合金表面电阻值为1.2±0.3kΩ,改性前AZ31镁合金表面电阻值为2.0±0.5kΩ,聚苯胺/铁复合涂层未明显破坏AZ31镁合金表面导电性。
实施例2:
第一步:镁合金原始表面机械抛光
对ZK60镁合金原始表面进行预处理,分别用500#、1000#、1500#和2000#水砂纸进行打磨,去除表面氧化皮和杂质,然后利用0.3μm粒径的氧化铝抛光粉对打磨后表面进行机械抛光,直至去除表面划痕,最后在无水乙醇中超声清洗15min,冷风吹干,得到ZK60镁合金抛光表面。
第二步:镁合金抛光表面喷砂处理
对ZK60镁合金抛光表面进行喷砂处理,喷砂磨料选用石英砂,石英砂D50中位粒径0.2mm;压缩气体选用高纯氩气(纯度为99.999%),氩气压力0.15MPa;选用直径12mm的直孔式喷嘴,喷嘴与镁合金表面距离350mm,磨料喷出角度与镁合金表面法向夹角20°,得到粗糙致密的ZK60镁合金待镀表面。
第三步:聚苯胺/铁复合涂层制备
(A)选用导电态聚苯胺粉末和99.9%高纯铁粉末为复合涂层组元,聚苯胺粉末D50中位粒径2μm,高纯铁粉D50中位粒径5μm,聚苯胺粉末/铁粉质量比3,成膜介质组成为70%质量分数的E51型热固性环氧树脂与30%质量分数的W93固化剂,聚苯胺/铁混合粉末与成膜介质质量比0.03,磁转子搅拌10min,得到均匀混合的镀膜溶液。
(B)利用旋涂机对镁合金待镀表面进行膜层涂覆,将镁合金固定在旋涂机转盘上,利用移液枪将第三步(A)所得镀膜溶液滴加到镁合金待镀表面,旋涂机转速900rpm,持续旋转10min,最后将镀膜后镁合金在80℃下保温24小时,得到聚苯胺/铁复合涂层表面改性的ZK60镁合金;其中,每1cm
经性能检测,实施例2所得改性后ZK60镁合金自腐蚀电位为-0.74V/SCE,自腐蚀电流密度为0.18×10
实施例3:
第一步:镁合金原始表面机械抛光
对WE43镁合金原始表面进行预处理,分别用500#、1000#、1500#和2000#水砂纸进行打磨,去除表面氧化皮和杂质,然后利用0.3μm粒径的氧化铝抛光粉对打磨后表面进行机械抛光,直至去除表面划痕,最后在无水乙醇中超声清洗15min,冷风吹干,得到WE43镁合金抛光表面。
第二步:镁合金抛光表面喷砂处理
对WE43镁合金抛光表面进行喷砂处理,喷砂磨料选用石英砂,石英砂D50中位粒径0.5mm;压缩气体选用高纯氩气(纯度为99.999%),氩气压力0.25MPa;选用直径12mm的直孔式喷嘴,喷嘴与镁合金表面距离500mm,磨料喷出角度与镁合金表面法向夹角25°,得到粗糙致密的WE43镁合金待镀表面。
第三步:聚苯胺/铁复合涂层制备
(A)选用导电态聚苯胺粉末和99.9%高纯铁粉末为复合涂层组元,聚苯胺粉末D50中位粒径5μm,高纯铁粉D50中位粒径12μm,聚苯胺粉末/铁粉质量比4,成膜介质组成为70%质量分数的E51型热固性环氧树脂与30%质量分数的W93固化剂,聚苯胺/铁混合粉末与成膜介质质量比0.04,磁转子搅拌10min,得到均匀混合的镀膜溶液。
(B)利用旋涂机对镁合金待镀表面进行膜层涂覆,将镁合金固定在旋涂机转盘上,利用移液枪将第三步(A)所得镀膜溶液滴加到镁合金待镀表面,旋涂机转速1000rpm,持续旋转10min,最后将镀膜后镁合金在80℃下保温24小时,得到聚苯胺/铁复合涂层表面改性的WE43镁合金,其中,每1cm
经性能检测,实施例3所得改性后WE43镁合金自腐蚀电位为-0.65V/SCE,自腐蚀电流密度为0.09×10
经本发明所述方法制备的表面具有聚苯胺/铁复合涂层的镁合金可用于对导电性和耐蚀性要求较高的使用环境,比如无线传输、电子通信等领域。导电聚苯胺粉末具有优异的耐腐蚀性能和良好的导电性,铁粉可调控镁合金的腐蚀速率,同时弥补聚苯胺粉末耐磨性差的缺点,两者结合可在不显著降低镁合金电学特性的基础上,有效提高镁合金的耐腐蚀性能。
以上所述仅为本发明的优选实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。
本发明未尽事宜为公知技术。
一种镁合金表面导电耐蚀聚苯胺/铁复合涂层及其制备方法专利购买费用说明
Q:办理专利转让的流程及所需资料
A:专利权人变更需要办理著录项目变更手续,有代理机构的,变更手续应当由代理机构办理。
1:专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2:按规定缴纳著录项目变更手续费。
3:同时提交相关证明文件原件。
4:专利权转移的,变更后的专利权人委托新专利代理机构的,应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A:(1)直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,(2)通过代办处缴纳,(3)通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q:专利转让变更,多久能出结果
A:著录项目变更请求书递交后,一般1-2个月左右就会收到通知,国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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