一种镁及镁合金表面纳米导电涂层的制备方法

本发明涉及一种导电涂层的制备方法。

背景技术：

1、镁合金是航空航天、武器装备等领域极具应用前景的结构功能一体化材料，同时，在电子电气领域还要求镁合金表面具备整体导电能力。然而镁合金化学活性高、耐蚀性差，必须对其进行表面防腐处理才能作为构件使用；作为最轻量化的金属结构材料，镁合金表面涂层引入的同时不能牺牲轻量化效果。因此，如何开发出兼具轻质、导电、防腐一体化涂层一直是国内外研究的重点。

2、目前镁合金导电防腐涂层技术主要围绕镀金等金属涂层、化学转化膜、聚合物有机导电涂层等。但由于镁合金表面金属涂层比重过大、膜层较厚，显著弱化了镁合金的轻量化效果。化学转化膜所用铬酸盐和高锰酸盐等环境污染严重，且化学转化膜往往很薄，极其容易遭受物理损伤，将形成电偶效应将加速镁合金的腐蚀。聚合物有机导电涂层存在制备工艺复杂、稳定性差、易脱落等问题，并存在复杂的服役环境下老化等问题，进一步限制了导电有机涂层的发展和使用。微弧氧化技术通过微区瞬间高温烧结直接把基体金属转变成由晶态和非晶态物质组成轻质氧化物陶瓷涂层，尽管微弧氧化涂层已经成为了成熟的镁合金表面轻质防腐技术，但传统微弧氧化涂层仍然存在着涂层导电性差难以满足镁合金构件使用要求的问题。

技术实现思路

1、本发明为了解决镁合金表面轻质防腐涂层导电性差的问题，进而提供一种快速、高效、环保、可设计性强的表面纳米导电涂层的制备方法。本发明采用液相等离子体辅助氧化技术，在镁及其合金表面原位构建导电纳米涂层，通过特殊前处理工艺，实现镁及其合金表面电场均匀分布，进一步在氧化过程中引入丙三醇和苯酚添加剂，在涂层中形成包含硅掺杂纳米氧化镁相，实现导电。本发明具有操作简便、效率高、环保等诸多优势，为科学研究与工程应用提供了良好的思路与方法，为拓展镁及其合金在航空航天、武器装备等领域中大规模应用打下坚实的基础。

2、本发明镁及其合金表面导电纳米涂层的制备方法按照以下步骤进行：

3、步骤一、表面脱脂清洗：将工件置于60～70℃脱脂液中处理1-10min，取出工件并转移至室温水中水浴1-5min；

4、所述脱脂液组成为：氢氧化钠：1-10g/l，碳酸钠：1-10g/l，磷酸三钠：1-10g/l，硅酸钠：1-10g/l，十二烷基苯磺酸钠：0.01-0.5g/l；

5、所述工件材质为纯镁及镁合金；

6、步骤二、酸洗：配置酸洗溶液，将工件置于酸洗溶液中常温处理5-60s，然后水洗工件2次；

7、所述酸洗溶液的组成为：硝酸5-50ml/l，氟化氢铵1-10g/l，乳酸1-10ml/l，甲基甘氨酸二乙酸三钠1-10ml/l；

8、步骤三、电解等离子体氧化：将工件置于混合电解溶液中，并以不锈钢板为阴极，以工件为阳极，进行电解等离子体氧化；

9、所述电解等离子体氧化工艺为：占空比2-20％，频率200-2000hz，电流密度0.1-2a/dm2，终止电流密度0.1-0.5a/dm2，氧化时间1-10min；

10、所述混合电解溶液的组成为：九水硅酸钠1-10g/l、氢氧化钾1-10g/l、无水氟化钾1-10g/l、丙三醇添加剂1-10ml/l、苯酚添加剂1-10ml/l；

11、步骤四、水洗烘干：将电解等离子体氧化后的工件水洗，水洗后风干，最后烘干；

12、所述烘干工艺为：置于90-120℃烘箱中烘干5-20min。

13、本发明的有益效果为：

14、(1)本发明酸洗溶液中甲基甘氨酸二乙酸三钠作为一种螯合剂，甲基甘氨酸二乙酸三钠与其他三种溶液配合，其中，硝酸与乳酸能与镁合金或其氧化物反应生成可溶性盐，且对大多数金属不起强烈的腐蚀作用，氟化氢铵能够与镁合金作用形成配位离子，与甲基甘氨酸二乙酸三钠螯合剂共同作用去除油污、杂质离子等，四种物质综合效应可使工件表面毛刺均匀去除，获得小粗糙度的平整表面，减小尖端放电等现象，在后续电解等离子体氧化处理可获得表面均匀分布电场。

15、(2)本发明进一步在电解液中加入丙三醇和苯酚添加剂，电解液中加入丙三醇后，丙三醇在电场作用下形成极化分子吸附在胶粒周围，可以提高阳极-电解质界面负离子的单位面积吸附能力，苯酚在涂层中能够形成网络导电结构，结合电参数控制，实现镁及其合金表面低强度、弥散分布的火花放电，获得涂层中硅掺杂纳米氧化镁均匀分布，电子注入导致mgo费米能级上移，呈现n型特征，实现表面导电(电阻≤10mω)。

16、(3)本发明制备方法具有操作简便、效率高、环保等诸多优势，突破传统微弧氧化陶瓷涂层存在绝缘性的技术瓶颈，实现了镁及其合金表面纳米导电涂层的一步可靠制备技术，填补国内空白。

技术特征：

1.一种镁及镁合金表面纳米导电涂层的制备方法，其特征在于：镁及镁合金表面纳米导电涂层的制备方法按照以下步骤进行：

2.根据权利要求1所述的镁及镁合金表面纳米导电涂层的制备方法，其特征在于：镁及镁合金表面纳米导电涂层的制备方法，其特征在于：步骤一所述镁合金为az31镁合金、az91镁合金、az80镁合金、zk61镁合金、me20镁合金或we54镁合金。

3.根据权利要求1所述的镁及镁合金表面纳米导电涂层的制备方法，其特征在于：镁及镁合金表面纳米导电涂层的制备方法，其特征在于：步骤二所述酸洗溶液的组成为：硝酸3ml/l，氟化氢铵1g/l，乳酸5ml/l，甲基甘氨酸二乙酸三钠6ml/l。

4.根据权利要求1所述的镁及镁合金表面纳米导电涂层的制备方法，其特征在于：镁及镁合金表面纳米导电涂层的制备方法，其特征在于：步骤二所述酸洗溶液的组成为：硝酸10ml/l，氟化氢铵2g/l，乳酸1ml/l，甲基甘氨酸二乙酸三钠1ml/l。

5.根据权利要求1所述的镁及镁合金表面纳米导电涂层的制备方法，其特征在于：镁及镁合金表面纳米导电涂层的制备方法，其特征在于：步骤三所述电解等离子体氧化工艺为：占空比10％，频率2000hz，电流密度1.8a/dm2，终止电流密度0.3a/dm2，氧化时间10min。

6.根据权利要求1所述的镁及镁合金表面纳米导电涂层的制备方法，其特征在于：镁及镁合金表面纳米导电涂层的制备方法，其特征在于：步骤三所述电解等离子体氧化工艺为：占空比2％，频率300hz，电流密度0.1a/dm2，终止电流密度0.1a/dm2，氧化时间2min。

7.根据权利要求1所述的镁及镁合金表面纳米导电涂层的制备方法，其特征在于：镁及镁合金表面纳米导电涂层的制备方法，其特征在于：步骤三所述混合电解溶液的组成为：九水硅酸钠5g/l、氢氧化钾6g/l、无水氟化钾1g/l、丙三醇添加剂5ml/l、苯酚添加剂5ml/l。

8.根据权利要求1所述的镁及镁合金表面纳米导电涂层的制备方法，其特征在于：镁及镁合金表面纳米导电涂层的制备方法，其特征在于：步骤三所述混合电解溶液的组成为：九水硅酸钠1g/l、氢氧化钾2g/l、无水氟化钾6g/l、丙三醇添加剂1ml/l、苯酚添加剂1ml/l。

9.根据权利要求1所述的镁及镁合金表面纳米导电涂层的制备方法，其特征在于：镁及镁合金表面纳米导电涂层的制备方法，其特征在于：步骤四所述烘干工艺为：置于100℃烘箱中烘干10min。

10.根据权利要求1所述的镁及镁合金表面纳米导电涂层的制备方法，其特征在于：镁及镁合金表面纳米导电涂层的制备方法，其特征在于：步骤四所述烘干工艺为：置于110℃烘箱中烘干5min。

技术总结一种镁及镁合金表面纳米导电涂层的制备方法，一种导电涂层的制备方法。为了解决镁合金表面轻质防腐涂层导电性差的问题。本发明采用液相等离子体辅助氧化技术，在镁及其合金表面原位构建导电纳米涂层，通过特殊前处理工艺，实现镁及其合金表面电场均匀分布，进一步在氧化过程中引入丙三醇和苯酚添加剂，在涂层中形成包含硅掺杂纳米氧化镁相，实现导电。本发明具有操作简便、效率高、环保等诸多优势，为科学研究与工程应用提供了良好的思路与方法，为拓展镁及其合金在航空航天、武器装备等领域中大规模应用打下坚实的基础。技术研发人员：徐超,赵李斌,邓坤坤,邹永纯,王晓军,左静,王小刚,赵培堂,王国超受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学技术研发日：技术公布日：2024/7/15