一种镁合金表面新型光热除冰耐腐蚀复合涂层的制备方法

本发明属于镁合金表面处理，具体涉及一种镁合金表面新型光热除冰耐腐蚀复合涂层的制备方法。

背景技术：

1、镁合金作为最有潜力的结构材料之一，由于其低密度、高比强度、良好的可铸性以及优异的生物相容性，已被广泛应用于船舶、车辆、航空航天和电子行业等领域。不幸的是，镁合金由于其高化学活性而极易受到腐蚀，这严重阻碍了其广泛应用。同时，表面结冰也是一种常见的自然现象，结冰容易对电力线和航空航天运输等户外设备造成严重损坏，导致一些安全隐患。因此，通过制备具有高效除冰和防腐性能的涂层对扩大镁合金制品应用范围，延长镁合金制品的使用寿命意义重大。

2、目前，研究者已通过各种方法在金属基底上成功制备了防腐涂层。微弧氧化作为一种先进便捷的表面处理技术，可以在镁合金表面形成陶瓷层，以保护镁合金。微弧氧化层具有高强度、高硬度和对镁合金基体的高结合力。而微弧氧化膜中微孔和微裂纹的存在可能会增加腐蚀过程中侵蚀性物质渗透的机会，从而削弱基底材料的保护性能。

3、为解决上述问题，一些研究转向研究复合涂层的制备方法来进一步提高防腐性能。但目前所研究的复合涂层的长期防腐效果往往不理想，并且在实际应用中，在寒冷潮湿环境下，镁合金表面难免会有积雪积冰现象。因此，设计具有防冰/主动除冰和防腐多功能的复合涂层迫在眉睫。

4、有鉴于此，特提出此发明。

技术实现思路

1、为解决现有镁合金制品在实际应用过程中因易遭遇腐蚀和在恶劣环境下表面积雪积冰而带来的负面影响，本发明目的在于提供一种具有防冰/主动除冰和防腐耐腐蚀的多功能镁合金复合涂层，该复合涂层的制备方法操作步骤简单，原料低廉易得，适合大规模应用。

2、为实现上述目的，本发明技术方案如下：

3、一种镁合金表面新型光热除冰耐腐蚀复合涂层的制备方法，其包括原位生长制备微弧氧化层，将一种离子液体缓蚀剂填充在多孔微弧氧化膜中，在金属表面形成保护膜，防止腐蚀物质与镁合金接触。此外，为了防止缓蚀剂从孔隙中扩散，在顶部表面喷涂一层光热超疏水涂层，从而得到新型光热除冰耐腐蚀复合涂层；具体包括以下步骤：

4、1）镁合金预处理；

5、2）原位生长制备微弧氧化层（mao）：

6、以镁合金样品为阳极，不锈钢板作为阴极，在电解液中进行微弧氧化处理，处理后经水洗、烘干即得微弧氧化层；

7、3）离子液体缓蚀剂的制备：

8、将2-4 g双三氟甲基磺酰亚胺锂与2-4 g 1-癸基-3-甲基咪唑溴盐在蒸馏水中混合均匀并在30-50℃条件下反应9-16 h，反应完毕后，经分离、洗涤、干燥后，得到离子液体缓蚀剂；

9、4）疏水性碳纳米管的制备：

10、将羧基化碳纳米管分散在无水乙醇和蒸馏水的混合溶液中（优选无水乙醇和蒸馏水的体积比8-12：1），加入硅酸四乙酯，用氨水调节体系ph为8-9后，室温下搅拌8-12 h，经过滤、干燥，获得二氧化硅改性碳纳米管；将二氧化硅改性碳纳米管分散在无水乙醇中，加入十六烷基三甲氧基硅烷，室温下搅拌2-6 h，经过滤、干燥，得到疏水性碳纳米管；

11、5）光热除冰耐腐蚀复合涂层的制备：

12、将步骤2）所得微弧氧化层置于真空抽滤瓶中，抽真空处理0.5-1 h（真空度范围0.07-0.09 mpa），随后加入30-50 mm离子液体缓蚀剂的乙醇溶液淹没过微弧氧化层，继续保持负压1-2 h；样品经干燥后，得到微弧氧化/离子液体层；

13、将步骤4）所得疏水性碳纳米管分散在乙酸乙酯中，然后加入聚二甲基硅氧烷及聚二甲基硅氧烷固化剂，再次分散均匀，获得碳纳米管/树脂混合液；将混合液喷涂在微弧氧化/离子液体层表面，即得光热除冰耐腐蚀复合涂层（mao/il/cnts）。

14、进一步的，步骤1）镁合金预处理的具体方式为：将镁合金表面用180-3000目砂纸（可以依次用180目、600目、1500目和3000目砂纸）打磨后进行抛光处理，然后用无水乙醇超声清洗，即得。

15、具体的，步骤2）中，微弧氧化处理10-20 min，微弧氧化处理参数为：电流为30-45ma，电压为250-350 v，频率为400-600 hz，温度为30-50℃。微弧氧化后样品，用蒸馏水洗涤并干燥。

16、进一步的，步骤2）中，微弧氧化的电解液由硅酸钠、氢氧化钾和氟化钾构成。电解液的具体成分为：硅酸钠含量10-20 g/l，氢氧化钾含量6-15 g/l，氟化钾含量4-8g/l。

17、具体的，步骤4）中，制备二氧化硅改性碳纳米管时，将0.5-1.0 g的羧基化碳纳米管分散在100-250 ml无水乙醇和蒸馏水的混合溶液中，加入10-15ml硅酸四乙酯，加入氨水将ph调节至8-9以使反应在弱碱条件下发生；制备疏水性碳纳米管时，将1-2 g二氧化硅改性碳纳米管分散在250-500 ml无水乙醇中，加入10-20 ml十六烷基三甲氧基硅烷。

18、进一步的，步骤5）中，取0.5-1 g步骤4）所得疏水性碳纳米管超声分散在30 -60ml乙酸乙酯中，然后加入1-2 g聚二甲基硅氧烷及0.1-0.2 g聚二甲基硅氧烷固化剂。

19、本发明提供了采用上述方法制备得到的镁合金表面新型光热除冰耐腐蚀复合涂层。

20、本发明还提供了上述光热除冰复合涂层在镁合金制品表面防腐和光热除冰（表面融冰防冰）等方面的应用。

21、通过本发明提供的方法制备的镁合金表面新型光热除冰耐腐蚀复合涂层对合金基材起到了有效保护。微弧氧化技术起到屏障的作用，提高金属的耐腐蚀性。将离子液体缓蚀剂填充在多孔微弧氧化膜中，在金属表面形成保护膜，防止腐蚀物质与镁合金接触。此外，为了防止缓蚀剂从孔隙中扩散，在顶部表面喷涂一层光热超疏水涂层，从而进一步将金属与腐蚀介质隔离，并提供光热除冰的功能。和现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：

22、本发明所述光热除冰耐腐蚀复合涂层的制备方法简单，操作简便，适用于大规模化生产和实际运用。制备所得的多功能复合涂层不仅具有良好的耐腐蚀性，有较低的腐蚀电流密度（2.81×10−10a/cm2），还具有光热除冰性能，能够在恶劣环境中有效清除镁合金表面的积冰，极具推广应用价值。

技术特征：

1.一种镁合金表面新型光热除冰耐腐蚀复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述镁合金表面新型光热除冰耐腐蚀复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤1）镁合金预处理的具体方式为：将镁合金表面用180-3000目砂纸打磨后进行抛光处理，然后用无水乙醇超声清洗，即得。

3.如权利要求1所述镁合金表面新型光热除冰耐腐蚀复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤2）中，微弧氧化处理10-20 min，微弧氧化处理参数为：电流为30-45 ma，电压为250-350 v，频率为400-600 hz，温度为30-50 ℃。

4.如权利要求3所述镁合金表面新型光热除冰耐腐蚀复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤2）中，电解液成分为：硅酸钠含量10-20 g/l，氢氧化钾含量6-15 g/l，氟化钾含量4-8 g/l。

5.如权利要求3所述镁合金表面新型光热除冰耐腐蚀复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤4）中，制备二氧化硅改性碳纳米管时，将0.5-1.0 g的羧基化碳纳米管分散在无水乙醇和蒸馏水的混合溶液中，加入10-15 ml硅酸四乙酯，再加入氨水将ph调节至8-9；制备疏水性碳纳米管时，将1-2 g二氧化硅改性碳纳米管分散在无水乙醇中，加入10-20 ml十六烷基三甲氧基硅烷。

6.如权利要求3所述镁合金表面新型光热除冰耐腐蚀复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤5）中，取0.5-1 g步骤4）所得疏水性碳纳米管超声分散在乙酸乙酯中，然后加入1-2g聚二甲基硅氧烷及0.1-0.2 g聚二甲基硅氧烷固化剂。

7.采用权利要求1至6任一所述方法制备得到的镁合金表面新型光热除冰耐腐蚀复合涂层。

8.权利要求7所述光热除冰复合涂层在镁合金制品表面防腐和光热除冰方面的应用。

技术总结
本发明公开了一种镁合金表面新型光热除冰耐腐蚀复合涂层的制备方法，首先将镁合金表面进行微弧氧化处理，再用离子液体缓蚀剂对微弧氧化层封孔，最后将光热超疏水层喷涂覆盖于微弧氧化/离子液体层表面。从镁合金表面原位生长的多孔微弧氧化涂层不仅可以作为预防腐蚀性离子入侵的屏障，还可以作为负载缓蚀剂的容器。缓蚀剂可以赋予复合涂层主动保护以及自修复的能力。光热超疏水层可以延缓结冰，并在光照条件下使得复合涂层表面温度大幅提升是，具有快速除冰的性能，进一步扩大了镁合金制品应用范围，具有一定的实际应用价值。

技术研发人员：王丽,张敬来,任铁钢,梁康
受保护的技术使用者：河南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15