一种镁锂合金表面防腐处理方法与流程

1.本发明涉及镁锂合金表面处理，具体涉及镁锂合金表面防腐处理方法。


背景技术：

2.镁锂合金属于镁系合金，是目前密度最小的合金，是目前工业应用中最轻的金属结构材料，被称为超轻合金。其具有比强度、比刚度高，比弹性模量大，承受冲击载荷能力强，抗震及抗高能粒子穿透能力好，延展性和塑性好等优点。轻量化材料和产品的发展是解决当前资源短缺的有效措施之一，镁锂合金因其在常温下可进行塑性加工成形，也可铸造成型和半固态注塑成型，克服了其他镁系合金不能冷加工的缺点，及其优良的综合的性能成为了最为理想的减重结构材料之一，为对材料减重有迫切需要的航空航天、汽车、兵器工业、核工业、3c产业、医疗提供了更多的可能性，有着巨大的发展潜力和产业应用前景。
3.但由于镁锂合金由镁元素和锂元素组成，镁元素以及锂元素的化学活泼性及其标准电极电位均处于较低的水平，故镁锂合金的耐腐蚀性能较差，在大气中镁锂合金表面极易生成疏松多孔的氧化膜，易发生大气腐蚀和接触腐蚀。并且镁锂合金具有质地柔软、硬度低等缺点，大大的制约了其在工业和民用大规模应用，因此研究镁锂合金的表面防护方法必不可少。目前，镁锂合金的表面防护防腐方法主要有：阳极氧化、微弧氧化、化学转化、金属镀层(电镀、化学镀)、涂层涂覆等。其他方法有：等离子喷涂、等离子气相沉积、原子层沉积、扩散处理、激光表面合金改性等。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种镁锂合金表面防腐处理方法，其能够在镁锂合金基体表面生成一层均匀致密的膜层，以提高镁锂合金的耐蚀性能。
5.本发明所述的镁锂合金表面防腐处理方法，其包括如下步骤：
6.步骤一，配制浓度为0.1wt％～2wt％的na2co3溶液作为水热反应溶液；
7.步骤二，将镁锂合金浸入水热反应溶液中，在反应温度为110～130℃的条件下水热反应1～3h，冷却至室温，在镁锂合金表面得到膜层。
8.进一步，所述步骤一中na2co3溶液的浓度为1wt％。
9.进一步，所述步骤二中反应温度为120℃，反应时间为1h。
10.进一步，所述镁锂合金浸入水热反应溶液前进行预处理，具体为：先采用砂纸打磨镁锂合金表面，打磨后用无水乙醇进行超声清洗，然后对镁锂合金进行酸洗和碱洗，用蒸馏水冲洗，吹干待用。
11.本发明与现有技术相比具有如下有益效果。
12.1、本发明通过对水热反应温度、反应时间、反应溶液及浓度进行特殊限定，保证了在镁锂合金基体表面生成致密均匀的防腐膜层，该膜层为氢氧化镁，膜值较高，具有较强的防腐蚀性能，达到了保护镁锂合金基体的目的，提高了镁锂合金的耐蚀性能。
13.2、本发明采用水热法在镁锂合金表面制得膜层，操作简单对设备要求低，采用
na2co3溶液作为水热反应溶液，配制方便、成本便宜，对环境危害较小，满足环保要求。而且生成的膜层更加致密且膜层与基体的结合力强，尺寸基本上没有发生变化，通过简单地操作，使镁锂合金耐腐蚀性能及绝缘性得到了很大的改善。
附图说明
14.图1是本发明实施例一中在不同反应时间下制得膜层的微观形貌图，(a)的反应时间为1h，(b)的反应时间为2h，(c)的反应时间为3h；
15.图2是基体和实施例一中在不同反应时间下制得膜层的xrd图；
16.图3是基体和实施例一中在不同反应时间下制得的镁锂合金的阻抗伯德图；
17.图4是基体和实施例一中在不同反应时间下制得的镁锂合金的阻抗相位角图；
18.图5是本发明实施例二中在不同反应温度下制得膜层的微观形貌图，(d)的反应温度为110℃，(e)的反应温度为120℃，(f)的反应温度为130℃；
19.图6是基体和实施例二中在不同反应温度下制得膜层的xrd图；
20.图7是基体和实施例二中在不同反应温度下制得的镁锂合金的阻抗伯德图；
21.图8是基体和实施例二中在不同反应温度下制得的镁锂合金的阻抗相位角图；
22.图9是本发明实施例三中反应溶液浓度为0.1wt％制得膜层的微观形貌图；
23.图10是本发明实施例三中反应溶液浓度为0.5wt％制得膜层的微观形貌图；
24.图11是本发明实施例三中反应溶液浓度为1wt％制得膜层的微观形貌图；
25.图12是本发明实施例三中反应溶液浓度为2wt％制得膜层的微观形貌图；
26.图13是基体和实施例三中在不同浓度的反应溶液下制得膜层的xrd图；
27.图14是基体和实施例三中在不同浓度的反应溶液下制得的镁锂合金的阻抗伯德图；
28.图15是基体和实施例三中在不同浓度的反应溶液下制得的镁锂合金的阻抗相位角图；
29.图16是本发明实施例四制得的镁锂合金与基体的极化对比图；
30.图17是本发明实施例四制得的镁锂合金表面膜层的腐蚀性能结果示意图。
具体实施方式
31.下面结合附图对本发明作详细说明。
32.实施例一，一种镁锂合金表面防腐处理方法，其包括如下步骤：
33.步骤一，配制浓度为1wt％的na2co3溶液作为水热反应溶液，所述na2co3溶液由蒸馏水和na2co3组成；
34.步骤二，对镁锂合金进行预处理，先采用400～1000#的砂纸依次打磨镁锂合金表面，打磨后用无水乙醇进行超声清洗，然后对镁锂合金进行酸洗和碱洗，以去除油污和杂质，用蒸馏水冲洗，吹干待用。
35.将预处理后的镁锂合金浸入装着30ml步骤一配制的水热反应溶液的高压釜内胆中，放入烘箱中，设置水热反应温度为120℃，水热反应时间分别设为1h、2h、3h，随箱升温。水热反应结束后，随箱冷却至室温，取出样品用大量蒸馏水冲洗，冷风吹干。
36.水热反应后的样品不经过任何处理，采用扫描电子显微镜观察膜层的微观组织形
貌，参见图1，在保持反应温度、反应溶液即浓度不变的前提下，不同的反应时间会造成膜层微观形貌存在差异。不同反应时间条件下的相同点是高倍镜条件下皆可观察到：膜层呈片叶状结构，是典型的氢氧化镁结构，皆有花簇状的鼓泡生成。不同点是当水热反应时间为1h时，膜层均匀致密，膜层表面有鼓泡生成，但不存在鼓泡开裂现象。当水热反应时间为2h时，膜层表面的鼓泡相对于1h条件变大，少量鼓泡开裂。当水热反应时间为3h时，可以观察到膜层表面被大量鼓泡所覆盖，鼓泡基本上完全开裂，形成大量裂纹，裂纹的开口巨大，造成膜层与基体的结合力降低，鼓泡开裂部分有新的腐蚀物质生成，该物质疏松且不致密。
37.采用xrd测试膜层的晶体结构和成分，检测结果参见图2，与不作表面处理的基体相比较，经过不同时间水热反应后的样品，多出了氢氧化锂、氢氧化镁、碳酸锂这些物质。
38.采用电化学测试评价耐蚀性能，使用的溶液是浓度为0.05mol/l的nacl溶液，以模拟海洋腐蚀环境，结果参见图3和图4，与不作表面处理的基体相比较，经过不同反应时间处理后的样品比基体的阻抗值高，其中水热反应时间为2h制得的样品的膜值相较于基体提高了三个数量级。随水热反应时间的增加，膜层的阻抗值增加，耐蚀性增强，但到2h后，时间增加，膜层的阻抗值降低，耐蚀性降低，但相较于基体，在短时间内仍然具有一定的耐蚀性。
39.实施例二，一种镁锂合金表面防腐处理方法，其包括如下步骤：
40.步骤一，配制浓度为1wt％的na2co3溶液作为水热反应溶液，所述na2co3溶液由蒸馏水和na2co3组成；
41.步骤二，对镁锂合金进行预处理，先采用400～1000#的砂纸依次打磨镁锂合金表面，打磨后用无水乙醇进行超声清洗，然后对镁锂合金进行酸洗和碱洗，以去除油污和杂质，用蒸馏水冲洗，吹干待用。
42.将预处理后的镁锂合金浸入装着30ml步骤一配制的水热反应溶液的高压釜内胆中，放入烘箱中，设置水热反应温度为110℃、120℃、130℃，水热反应时间分别设为2h，随箱升温。水热反应结束后，随箱冷却至室温，取出样品用大量蒸馏水冲洗，冷风吹干。
43.水热反应后的样品不经过任何处理，采用扫描电子显微镜观察膜层的微观组织形貌，参见图5，与实施例一类似，在保持反应时间、反应溶液即浓度不变的前提下，不同的反应温度会造成膜层微观形貌存在差异。高倍镜条件下皆可观察到，膜层呈片叶状结构，是典型的氢氧化镁结构，皆有花簇状的鼓泡生成。当水热反应温度为110℃时，膜层均匀致密，膜层表面有鼓泡生成，存在开裂现象。当水热反应温度为120℃时，膜层表面的鼓泡相对于110℃条件开裂现象更少。当水热反应温度为130℃时，可以观察到膜层表面完全开裂，形成大量裂纹，裂纹的开口巨大，鼓泡开裂部分有新的腐蚀物质生成，该物质疏松且不致密。
44.采用xrd测试膜层的晶体结构和成分，检测结果参见图6，与不作表面处理的基体相比较，经过不同温度水热反应后的样品，多出了氢氧化锂、氢氧化镁、碳酸锂这些物质，但在130℃条件下的xrd衍射峰中只检测到氢氧化镁。
45.采用电化学测试评价耐蚀性能，使用的溶液是浓度为0.05mol/l的nacl溶液，以模拟海洋腐蚀环境，结果参见图7和图8，与不作表面处理的基体相比较，经过不同反应温度处理后的样品都比基体的阻抗值高，其中水热反应温度为120℃的条件下制得的样品的膜值相较于基体提高了三个数量级。随水热反应温度的增加，膜层的阻抗值增加，耐蚀性增强，但到120℃后，温度增加，膜层的阻抗值降低，耐蚀性降低，但相较于基体，在短时间内仍然具有一定的耐蚀性。
46.实施例三，一种镁锂合金表面防腐处理方法，其包括如下步骤：
47.步骤一，配制浓度为0.1wt％、0.5wt％、1wt％、2wt％的na2co3溶液作为水热反应溶液，所述na2co3溶液由蒸馏水和na2co3组成；
48.步骤二，对镁锂合金进行预处理，先采用400～1000#的砂纸依次打磨镁锂合金表面，打磨后用无水乙醇进行超声清洗，然后对镁锂合金进行酸洗和碱洗，以去除油污和杂质，用蒸馏水冲洗，吹干待用。
49.将预处理后的镁锂合金浸入装着30ml步骤一配制的水热反应溶液的高压釜内胆中，放入烘箱中，设置水热反应温度为120℃，水热反应时间分别设为2h，随箱升温。水热反应结束后，随箱冷却至室温，取出样品用大量蒸馏水冲洗，冷风吹干。
50.水热反应后的样品不经过任何处理，采用扫描电子显微镜观察膜层的微观组织形貌，参见图9至图12，与实施例一类似，在保持反应时间、反应温度不变的前提下，不同浓度的水热反应溶液会造成膜层微观形貌存在差异。高倍镜条件下皆可观察到，膜层呈片叶状结构，是典型的氢氧化镁结构，皆有花簇状的鼓泡生成。当水热反应溶液浓度为0.1wt％时，膜层表面有大量鼓泡生成，大量开裂；当水热反应浓度为0.5wt％时，膜层表面的鼓泡相对于0.1wt％条件开裂现象变少，且小鼓泡聚集生长。当水热反应浓度为1wt％时，膜层表面的鼓泡相对于0.5wt％条件开裂现象更少，且鼓泡变大。当水热反应浓度为2wt％时，可以观察到膜层表面鼓泡变大，鼓泡开裂严重，在鼓泡开裂部分有新的腐蚀物质生成，该物质疏松且不致密。
51.采用xrd测试膜层的晶体结构和成分，检测结果参见图13，与不作表面处理的基体相比较，经过不同浓度的水热反应溶液处理后的样品，多出了氢氧化锂、氢氧化镁、碳酸锂这些物质。
52.采用电化学测试评价耐蚀性能，使用的溶液是浓度为0.05mol/l的nacl溶液，以模拟海洋腐蚀环境，结果参见图14和图15，与不作表面处理的基体相比较，经过不同浓度的水热反应溶液处理后的样品都比基体的阻抗值高，其中水热反应浓度为1wt％的条件下制得的样品的膜值相较于基体提高了三个数量级。随水热反应溶液浓度的增加，膜层的阻抗值增加，耐蚀性增强，但到1wt％后，浓度增加，膜层的阻抗值降低，耐蚀性降低，但相较于基体，在短时间内仍然具有一定的耐蚀性。
53.实施例四，一种镁锂合金表面防腐处理方法，其包括如下步骤：
54.步骤一，配制浓度为1wt％的na2co3溶液作为水热反应溶液，所述na2co3溶液由蒸馏水和na2co3组成；
55.步骤二，对镁锂合金进行预处理，先采用400～1000#的砂纸依次打磨镁锂合金表面，打磨后用无水乙醇进行超声清洗，然后对镁锂合金进行酸洗和碱洗，以去除油污和杂质，用蒸馏水冲洗，吹干待用。
56.将预处理后的镁锂合金浸入装着30ml步骤一配制的水热反应溶液的高压釜内胆中，放入烘箱中，设置水热反应温度为120℃，水热反应时间分别设为2h，随箱升温。水热反应结束后，随箱冷却至室温，取出样品用大量蒸馏水冲洗，冷风吹干。
57.对制得的样品进行动电位极化测试，结果参见图16，处理后的镁锂合金自腐蚀电流密度相比不作表面处理的基体下降了近3个数量级，表明了经过水热反应获得的膜层具有显著的腐蚀保护作用。
58.进行交流阻抗谱测试，将制得的样品长期浸泡于含氯离子腐蚀介质中，结果参见图17，经水热反应处理后的样品膜值上升了3个数量级，并且膜层在含氯离子腐蚀介质中具有一定的耐久性，在浸泡36h后其耐蚀性能依然显著高于不作表面处理的基体，直至浸泡48h后膜层才失去保护作用，同样表明了水热反应表面处理能够显著提高镁锂合金的耐蚀性能
59.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。