[發明專利]通過離子注入預處理技術在鎂合金表面制備LDHs膜層的方法

有效

• 申請號: 202110253783.4
• 申請日: 2021-03-09
• 公開（公告）號: CN113046697B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 陳飛;竇錚;張優;曾佳;李龍雪
• 申請（專利權）人: 北京石油化工學院
• 主分類號: C23C14/16
• 分類號: C23C14/16;C23C14/48;C23C22/60;C23C28/00
• 代理公司: 北京細軟智谷知識產權代理有限責任公司 11471
• 代理人: 尚文文

本發明涉及一種通過離子注入預處理技術在鎂合金表面制備LDHs膜層的方法，通過先對鎂合金表面進行離子注入預處理制得預處理后的鎂合金，之后將鎂合金進行退火處理后，浸入配置的LDHs生長溶液中進行原位生長反應，最終在鎂合金表面制備得到LDHs膜層；鎂合金通過離子注入預處理后，能夠大大降低LDHs膜層生長反應條件，有效簡化工藝。形成的離子注入改性層和LDHs層相互結合，可使處理后的鎂合金耐蝕性得到顯著提升。本發明的方法無需在LDHs生長溶液中添加成膜元素成分，能夠實現在低溫常壓下反應。使用本發明方法原位生長的防護膜層與鎂合金基體結合力強，耐腐蝕性能好。

技術領域

本發明屬于金屬表面防護處理技術領域，具體涉及一種通過離子注入預處理技術在鎂合金表面制備LDHs膜層的方法。

背景技術

鎂合金作為最輕的結構金屬，具有優越的比強度、鑄造性、延展性、可焊性、機械加工性、導電性、導熱性、電磁屏蔽性和生物相容性，在航空航天、汽車輕量化、生物可降解性醫用植入材料等領域的應用中具有廣闊前景。但其較差的耐蝕性和耐磨性嚴重制約了鎂合金的應用。

鎂合金表面普遍采用涂覆保護層進行腐蝕防護，近年來隨著對鎂合金腐蝕機理的深入研究以及納米新技術的不斷開發，單純被動延緩腐蝕的方法已不能滿足工業需求。層狀雙羥基復合金屬氧化物(Layered Double Hydroxides，LDHs)作為一種具有離子交換能力的層狀結構材料，近年來成為了鎂合金防護膜層領域的研究熱點。LDHs材料可以作為納米容器負載緩蝕劑離子，將其作為防護膜層制備在鎂合金表面后，可響應釋放緩蝕劑離子，并吸附侵蝕性離子，從而構筑出主動緩蝕體系涂層，是一種新型高效的智能防護材料。

目前在鎂合金表面制備LDHs膜層的方法主要為原位生長法，原位生長法具有膜層與基體結合力良好、LDHs晶粒尺寸可控、操作簡單等優勢，有如下幾種代表性方式：

1)一步/兩步原位生長法：此方法采用HCO₃^-/CO₃^2-水溶液進行水浴處理，需要向溶液中持續通入CO₂氣體，由于CO₃^2-與LDHs層板的結合力最高，限制了LDHs薄膜的離子交換能力，不能制備負載緩蝕劑的自修復型LDHs薄膜。

2)水熱處理法：是一種將前驅體放入水熱反應釜中，在高溫高壓條件下進行反應的方法，需要較長的處理時間。

3)尿素分解法：尿素分解法可獲得結晶良好的LDHs薄膜，然而LDHs薄膜中的M²⁺/M³⁺比通常低于前驅體溶液，說明在制備過程中生成了一定比例的副產物。

可以看出這些方法或是需要在高溫高壓下長時間進行，條件苛刻工藝復雜；或是犧牲了LDHs材料可負載緩蝕劑的能力，不能實現主動防護功能，均存在嚴重不足，使得LDHs材料作為鎂合金防護膜層的應用受到成本和性能上的局限。

發明內容

為了解決現有技術存在的上述問題，本發明提供了一種通過離子注入預處理技術在鎂合金表面制備LDHs膜層的方法。本發明通過采用離子注入技術對鎂合金進行預處理，向鎂合金表面注入制備LDHs膜層所需的鋁元素，形成離子注入改性層，使得后續可通過溶液化學法在鎂合金表面低溫常壓下制備LDHs膜層。鎂合金通過離子注入預處理后，能夠大大降低LDHs膜層生長反應條件，有效簡化工藝。形成的離子注入改性層和LDHs層相互結合，可使處理后的鎂合金耐蝕性得到顯著提升。

本發明所采用的技術方案為：

一種通過離子注入預處理技術在鎂合金表面制備LDHs膜層的方法，包括如下步驟：

(1)離子注入預處理

取鎂合金，經打磨拋光后，進行離子注入預處理，使注入的鋁元素在鎂合金表面形成離子注入改性層，得到預處理后的鎂合金；