[發明專利]一種具有石墨烯保護膜的鎂合金及其制備方法

在審

• 申請號: 201610096490.9
• 申請日: 2016-02-22
• 公開（公告）號: CN105603393A
• 公開（公告）日: 2016-05-25
• 發明（設計）人: 張利強;李永峰
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京)
• 主分類號: C23C16/513
• 分類號: C23C16/513;C23C16/26;C23C16/02
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 姚亮;沈金輝

技術領域

本發明屬于新型抗腐蝕材料領域，具體涉及一種具有石墨烯保護膜的鎂合金及其 制備方法。

背景技術

鎂合金具有密度小(1.8g/cm³鎂合金左右)，比強度高，比彈性模量大，散熱性 好，消震性好等優點，在汽車、電子、航空航天、和國防軍事等領域具有廣闊的應用 前景和極其重要的經濟價值。但是鎂是所有工業合金中化學活潑性最高的金屬，標準 電極電位僅為-2.37V。在金屬Mg表面天然形成的氧化膜一般都比較疏松多孔、抗腐 蝕性能差，尤其是在潮濕的環境中以及氯離子存在的條件下極易發生腐蝕，大大制約 了鎂合金材料的廣泛應用。因此，如何從滿足工業應用的角度有效地提高鎂合金的抗 蝕性能，成為當今鎂合金材料開發研究中急待解決的關鍵技術難題。

針對上述問題，一般采用表面改性的方法來抑制鎂合金的腐蝕。表面改性膜通常 為油漆、高分子膜、陶瓷、貴金屬等，但這些表面改性膜或由于抗腐蝕能力差、熱穩 定性能低、制備成本高、工藝復雜、附著力和力學性能差，及不能導電等因素的影響， 使它們的應用性受到很大的限制，遠遠不能滿足鎂合金材料領域的應用需求。

因此，探索一種制備工藝簡單，成本低廉，并具有較好抗腐蝕性及導電性能的表 面改性膜顯得尤為重要。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種具有石墨烯保護膜的鎂合金的制 備方法。

本發明的另一目的是提供一種由上述方法制得的具有石墨烯保護膜的鎂合金。

為達到上述目的，本發明提供了一種具有石墨烯保護膜的鎂合金的制備方法，該 方法包括以下步驟：

表面清潔步驟：除去鎂合金的表面污漬及鈍化膜；

形成預保護膜步驟：將經過表面清潔處理的鎂合金用預保護劑進行浸漬，在鎂合 金表面形成預保護膜，所述預保護劑為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲基硅氧 烷(PDMS)或聚碳酸酯(PC)與溶劑配置成的高分子溶液，或者為聚二甲基硅氧烷 液體；

去除預保護膜步驟：將形成預保護膜的鎂合金放入等離子增強化學氣相沉積反應 爐中進行熱處理，去除表面的預保護膜；

沉積石墨烯保護膜步驟：采用等離子增強化學氣相沉積法沉積石墨烯保護膜，得 到具有石墨烯保護膜的鎂合金。

本發明提供的具有石墨烯保護膜的鎂合金的制備方法，采用石墨烯薄膜對鎂合金 進行改性，具有操作簡單、易于工業化生產等特點，制得的石墨烯薄膜穩定、致密、 抗腐蝕性能優良、熱穩定性能高、且可與鎂合金形成良好結合，在提升鎂合金材料抗 腐蝕的同時鎂合金表面具有高導電性。

在上述在鎂合金表面制備石墨烯保護膜的方法中，優選地，在沉積石墨烯保護膜 步驟前，還包括沉積輔助層步驟；在沉積石墨烯保護膜步驟前，還包括沉積輔助層步 驟：在已去除預保護膜的鎂合金件上沉積Cu層或Ni層。對于某些比較難于直接在 表面生長石墨烯的鎂合金，通過在鎂合金表面生長一層金屬Cu或者Ni，可促進石墨 烯層的形成。進一步優選地，Cu層或Ni層的厚度為5-100nm。在鎂合金件上沉積 Cu層或Ni層時，可采用現有技術的常規操作，沉積功率可以為10-300W、氣壓可以 為0.1-100Torr。

在上述在鎂合金表面制備石墨烯保護膜的方法中，優選地，所述表面清潔步驟中， 具體操作是將鎂合金件進行拋光處理及酸堿清洗；拋光處理中，選用500-2000號砂 紙進行依次打磨；酸堿清洗中，先進行稀酸清洗然后進行稀堿清洗最后用清水洗5-10 遍，稀酸清洗的條件為選用pH為4-5的稀鹽酸溶液或稀硝酸溶液清洗5-30分鐘，稀 堿清洗的條件為選用pH為8-10的氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶液清洗5-30分鐘。

在上述在鎂合金表面制備石墨烯保護膜的方法中，不特別要求聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)或聚碳酸酯(PC)的聚合度，在配置高分子 溶液時可以使用苯酚、二氯甲烷、苯甲醚或氯仿等，對于常溫下為液體的聚二甲基硅 氧烷，也可不加溶劑而直接浸漬鎂合金件。

在上述在鎂合金表面制備石墨烯保護膜的方法中，優選地，所述高分子溶液的質 量百分比濃度為5wt％-80wt％。

在上述在鎂合金表面制備石墨烯保護膜的方法中，優選地，所述形成預保護膜步 驟中，浸漬的條件為：在常溫下浸泡5-30分鐘。