[發明專利]鎂合金表面微弧氧化納米自組裝金屬陶瓷涂層及制備方法

無效

• 申請號: 201110334939.8
• 申請日: 2011-10-28
• 公開（公告）號: CN103085379A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 張偉;王成;杜克勤;王福會
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: B32B15/04
• 分類號: B32B15/04;B32B18/00;C25D11/30;B05D5/08;B05D1/02;B05D1/18;B05D7/14
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富;周秀梅

技術領域

本發明涉及鎂合金表面高耐蝕/耐磨復合防護涂層及制備方法，屬于金屬表面處理技術領域，具體為鎂合金表面微弧氧化納米自組裝金屬陶瓷涂層及制備方法。

背景技術

鎂合金是滿足輕質化、環保化和性能優化發展的最具潛力的金屬結構材料。但是，鎂的熱力學穩定性差，且氧化膜結構疏松(PBR＜1)，致使鎂合金的耐腐蝕能力較差；而且，由于鎂的活性高，對涂/鍍層的完整性(微觀缺陷)、抗機械損傷能力要求較高。因此，解決綜合防護問題是推動鎂合金應用的關鍵所在。

微弧氧化技術由于所形成的氧化膜是陶瓷性的，并且與基體具有良好的結合，同時，其硬度、耐磨性較高，因而成為鎂合金最有前景的表面處理技術手段。然而，由于成膜時等離子燒結及成膜體積效應等原因，所形成的氧化膜是一種微孔結構，其自身的防護能力有限。因此，發展基于微弧氧化的復合涂層技術是實現鎂合金綜合防護性能的一種必然趨勢。

自組裝單分子膜(Self-assembled?monolayers：SAM)是近20年來發展起來的一種新型的有機超薄膜。由于其堆積緊密和結構穩定，具有防止腐蝕，減少摩擦及降低磨損的作用；此外，與分子束外延生長，化學氣相沉積等方法制備的超薄膜相比，SAM具有更高的有序性和取向性。近年來，國內大連海事大學的孫昌國首次嘗試在鎂、鋁合金表面以及氧化膜表面進行自組裝技術的改性，以提高鎂、鋁合金表面的摩擦學特性(孫昌國等，基于自組裝技術改性處理鎂和鋁金屬的摩擦學特性研究，功能材料，2008/10，1761-1764)。但是，利用自組裝膜特殊的三部分結構特性(分子頭基，分子的烷基鏈以及分子的末端基團)作為中間體，在鎂合金表面微弧氧化膜和復合劑之間進行化學鍵合，以提高復合涂層在微孔中的結合性，同時實現復合劑在微弧氧化微孔中的致密化封閉作用，目前國內外還未見報道。

另外，金屬無機陶瓷涂層具有與有機涂層完全不同的物理化學性質，在制備過程中完全不使用有機溶劑，避免了有機涂層制備過程中的環境污染問題。另外金屬無機陶瓷涂層經過熱處理后可獲得陶瓷性質的涂層，具有耐磨、耐熱、耐腐蝕性能。目前，有關金屬無機陶瓷涂層在鎂合金表面，尤其在微弧氧化膜層表面進行復合處理，國內外沒有任何報道。

綜合以上分析，基于鎂合金微弧氧化膜的微孔結構特點、自組裝納米膜的雙向化學鍵合和高密堆積特性以及金屬無機陶瓷涂層的高防護、高耐磨和耐刮傷的技術優勢，本專利提出研究開發既具有良好結合力、防護性能(抗腐蝕疲勞)以及高耐磨性的微弧氧化自組裝金屬陶瓷涂層的制備實用技術，從而避免復合防護涂層微觀缺陷效應導致的在動態載荷沖擊下防護失效，最終解決鎂合金應用所面臨的防護瓶頸問題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足之處，提供一種鎂合金表面微弧氧化納米自組裝金屬陶瓷涂層及制備方法，該方法制備的復合涂層與基體結合牢固、完整致密且具有一定的厚度，使得制備的復合涂層有效地提高鎂合金基體的耐蝕性，同時，該復合涂層具有較高的硬度、耐磨性和抗刮傷性，進而實現了鎂合金的高強綜合防護性能。

本發明是通過以下技術方案來實現的：

一種鎂合金表面微弧氧化納米自組裝金屬陶瓷涂層，該涂層包括依次附著在鎂合金表面的微弧氧化陶瓷層、自組裝納米膜和無機金屬陶瓷涂層。

微弧氧化陶瓷層為在鎂合金表面通過等離子體電解氧化形成的陶瓷層；自組裝納米膜為微弧氧化陶瓷層在納米自組裝溶液中進行浸漬或高壓噴涂，然后將其烘干或晾干后形成；無機金屬陶瓷涂層是在自組裝陶瓷膜的表面采用高壓噴涂的方法將無機金屬涂料噴涂在其表面，然后采用低溫燒結的技術形成。其中，微弧氧化陶瓷層厚度為5～35μm，孔隙率為20～80％，孔徑大小為1～10μm；自組裝納米膜厚度為0.1～10μm；無機金屬陶瓷涂層厚度為10～50μm。

一種鎂合金表面微弧氧化納米自組裝金屬陶瓷涂層的制備方法，包括以下步驟：

1)鎂合金表面通過等離子體電解氧化形成微弧氧化陶瓷層；

2)對步驟1)中的微弧氧化陶瓷層進行預活化處理；

3)經步驟2)處理后的微弧氧化陶瓷層在納米自組裝溶液中進行浸漬或高壓噴涂，然后將其烘干或晾干后形成中間層納米自組裝陶瓷膜；

4)對經過步驟3)處理的自組裝陶瓷膜的表面采用高壓噴涂的方法將無機金屬涂料噴涂到其表面，然后采用低溫燒結的技術形成外層的無機金屬陶瓷涂層。