一种金属基体表面复合涂层及其制备方法和应用

本发明属于金属材料表面改性，具体涉及一种金属基体表面复合涂层及其制备方法和应用。

背景技术：

1、镁合金是以镁为基体加入其它元素(如铝、锌、锆和稀土元素等)组成的一类轻质合金，与纯镁相比，镁合金具有低密度、较高的比强度和比刚度，以及良好的可回收再生性能等优点，因此在轻量化领域得到了广泛关注。然而，由于镁元素具有较低的标准电位，致使镁合金在腐蚀性介质中容易发生电偶腐蚀；同时镁合金被腐蚀后生成的氧化物呈现疏松多孔的状态，无法阻碍腐蚀介质的侵入。因此，镁合金较低的耐蚀性严重限制其大规模工程应用。为了提高镁合金的工程应用价值，解决镁合金易腐蚀的问题，需要对镁合金进行有效的表面处理。

2、微弧氧化是一种在镁合金表面原位生长陶瓷膜的新技术，能够使镁合金基体的耐蚀性和耐磨性得到一定程度的提升。但是镁合金表面的微弧氧化涂层往往具有大量的微孔和微裂纹缺陷，致使腐蚀溶液渗透到这些缺陷中，从而严重损害镁合金的耐腐蚀性能，且无法使镁合金具有耐久性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种金属基体表面复合涂层及其制备方法和应用。本发明提供的金属基体表面复合涂层可大幅度提高镁合金的防护能力，使镁合金具有优异的机械性能和耐久性。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种金属基体表面复合涂层，包括设置在金属基体表面的微弧氧化涂层以及设置在所述微弧氧化涂层表面的类固超滑涂层；

4、所述微弧氧化涂层的制备原料包括碱金属氢氧化物、硅酸钠、碱金属氟化物和水；所述碱金属氢氧化物、硅酸钠和碱金属氟化物的质量比为1～8.5：6～10.5：3～5.5；

5、所述类固超滑涂层的制备原料包括纳米二氧化硅、聚二甲基硅氧烷、环氧树脂、硅烷偶联剂和乙酸乙酯；所述纳米二氧化硅、聚二甲基硅氧烷、环氧树脂和硅烷偶联剂的质量比为1：30～40：10～20：10～20。

6、优选地，所述金属基体包括镁合金、铝合金和钛合金中的至少一种。

7、优选地，所述微弧氧化涂层的厚度为10～17μm；所述类固超滑涂层的厚度为5～30μm。

8、优选地，所述碱金属氢氧化物包括氢氧化钠或氢氧化钾；所述碱金属氟化物包括氟化钾或氟化钠；所述纳米二氧化硅的粒径为10～50nm；所述环氧树脂为双酚a型液体环氧树脂；所述硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂。

9、本发明提供了上述技术方案所述金属基体表面复合涂层的制备方法，包括以下步骤：

10、将碱金属氢氧化物、硅酸钠、碱金属氟化物和水混合，对金属基体进行微弧氧化处理，在金属基体表面形成所述微弧氧化涂层，得到金属基体表面复合涂层前驱体；

11、将所述金属基体表面复合涂层前驱体在纳米二氧化硅、聚二甲基硅氧烷、环氧树脂、硅烷偶联剂和乙酸乙酯的混合液中进行浸泡处理；再将浸泡处理后的金属基体表面复合涂层前驱体进行固化处理，在所述微弧氧化涂层的表面形成所述类固超滑涂层，得到所述金属基体表面复合涂层。

12、优选地，所述微弧氧化处理在交流电条件下进行，所述交流电的电压为250～400v，脉冲频率为400～500hz；所述微弧氧化处理的温度为30～42℃，时间为3～5min。

13、优选地，所述浸泡处理的温度为20～35℃，时间为0.5～5min。

14、优选地，所述固化处理为自然固化或真空吸附。

15、优选地，所述自然固化的温度为20～35℃，时间24～72h；所述真空吸附的真空度为0.05～0.15mpa，温度为60～80℃，时间为6～18h。

16、本发明提供了上述技术方案所述金属基体表面复合涂层或上述技术方案所述制备方法制备得到的金属基体表面复合涂层在防腐工程中的应用。

17、本发明提供了一种金属基体表面复合涂层，包括涂覆在金属基体表面的微弧氧化涂层以及涂覆在所述微弧氧化涂层表面的类固超滑涂层；所述微弧氧化涂层的制备原料包括碱金属氢氧化物、硅酸钠、碱金属氟化物和水；所述类固超滑涂层的制备原料包括纳米二氧化硅、聚二甲基硅氧烷、环氧树脂、硅烷偶联剂和乙酸乙酯。本发明提供的金属基体表面复合涂层可大幅度提高镁合金等金属基体的防护能力，使镁合金等金属基体具有优异的机械性能和耐久性。具体的，在本发明中，微弧氧化涂层既能够有效抵御腐蚀环境下腐蚀介质的侵蚀，又能够为类固超滑涂层提供钉扎位点，使微弧氧化涂层和类固超滑涂层形成机械连锁，提高涂层的附着力；同时，类固超滑涂层的制备原料具有相变特性，初始状态下为液相，能更好地浸没具有多孔结构的微弧氧化涂层，进一步提高金属基体表面复合涂层的附着力。此外，由于微弧氧化涂层和类固超滑涂层之间的物理阻隔效应和优异的滑动能力的紧密耦合，不仅使微弧氧化涂层和类固超滑涂层之间具有优异的结合强度，还赋予所得金属基体表面复合涂层优异的长期防腐蚀能力。

18、本发明提供了一种金属基体表面复合涂层的制备方法，包括以下步骤：将碱金属氢氧化物、硅酸钠、碱金属氟化物和水混合，对金属基体进行微弧氧化处理，在金属基体表面形成微弧氧化涂层，得到金属基体表面复合涂层前驱体；将所述金属基体表面复合涂层前驱体在纳米二氧化硅、聚二甲基硅氧烷、环氧树脂、硅烷偶联剂和乙酸乙酯的混合液中进行浸泡处理；再将浸泡处理后的金属基体表面复合涂层前驱体进行固化处理，在所述微弧氧化涂层的表面形成类固超滑涂层，得到所述金属基体表面复合涂层。本发明利用类固超滑涂层制备过程中液相向固相的转变特性，通过固化处理降低微弧氧化涂层中微孔的毛细作用，能够提高微弧氧化涂层的封孔效率，有利于涂层的长期防腐。采用本发明提供的制备方法得到的金属基体表面复合涂层不仅提高了金属基体自身的耐蚀性，同时类固超滑涂料的存在使金属基体表面复合涂层拥有憎水性与一定的自清洁特征，进一步提高金属基体的耐蚀性，便于应用于工程防腐。

技术特征：

1.一种金属基体表面复合涂层，包括设置在金属基体表面的微弧氧化涂层以及设置在所述微弧氧化涂层表面的类固超滑涂层；

2.根据权利要求1所述的金属基体表面复合涂层，其特征在于，所述金属基体包括镁合金、铝合金和钛合金中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的金属基体表面复合涂层，其特征在于，所述微弧氧化涂层的厚度为10～17μm；所述类固超滑涂层的厚度为5～30μm。

4.根据权利要求1所述的金属基体表面复合涂层，其特征在于，所述碱金属氢氧化物包括氢氧化钠或氢氧化钾；所述碱金属氟化物包括氟化钾或氟化钠；所述纳米二氧化硅的粒径为10～50nm；所述环氧树脂为双酚a型液体环氧树脂；所述硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂。

5.权利要求1～4任一项所述金属基体表面复合涂层的制备方法，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述微弧氧化处理在交流电条件下进行，所述交流电的电压为250～400v，脉冲频率为400～500hz；所述微弧氧化处理的温度为30～42℃，时间为3～5min。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述浸泡处理的温度为20～35℃，时间为0.5～5min。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述固化处理为自然固化或真空吸附。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述自然固化的温度为20～35℃，时间24～72h；所述真空吸附的真空度为0.05～0.15mpa，温度为60～80℃，时间为6～18h。

10.权利要求1～4任一项所述金属基体表面复合涂层或权利要求5～9任一项所述制备方法制备得到的金属基体表面复合涂层在防腐工程中的应用。

技术总结本发明提供了一种金属基体表面复合涂层及其制备方法和应用，属于金属基体表面改性技术领域。本发明提供的金属基体表面复合涂层包括涂覆在金属基体表面的微弧氧化涂层以及涂覆在所述微弧氧化涂层表面的类固超滑涂层；所述微弧氧化涂层的制备原料包括碱金属氢氧化物、硅酸钠、碱金属氟化物和水；所述类固超滑涂层的制备原料包括纳米二氧化硅、聚二甲基硅氧烷、环氧树脂、硅烷偶联剂和乙酸乙酯。本发明提供的金属基体表面复合涂层可大幅度提高镁合金等金属基体的防护能力，使镁合金等金属基体具有优异的机械性能和耐久性。技术研发人员：郭恩宇,王同敏,李炳志,陈宗宁,康慧君,接金川,张宇博,卢一平,曹志强,李廷举受保护的技术使用者：大连理工大学技术研发日：技术公布日：2024/4/29