一種鎂合金等離子體氧化抗菌塗層的製備方法與流程
2023-10-07 07:28:24
本發明屬於鎂合金表面處理技術領域，涉及一種通過在電解液中添加金屬銀納米顆粒在鎂合金表面製備含銀抗菌塗層的方法。
背景技術：
鎂合金是最輕的結構金屬材料，具有抗震力強，剛性好，可鑄可焊，電磁屏蔽性優良，導電導熱能力強，易回收等優點，廣泛應用於汽車、電子通訊等領域。但是鎂合金化學活性高，耐蝕性較差，在一定程度上限制了其應用領域，因此，鎂合金工件在服役使用前必須經過表面處理。
鎂合金等離子體氧化處理是將mg合金零件作為陽極置於盛有電解液的不鏽鋼陰極槽體中，通過在陰陽極兩端施加高電壓，使得作為陽極的工件表面發生等離體放電而溫度迅速升高熔融並與電解液發生反應，從而在鎂合金表層生成一層陶瓷質的塗層，這層陶瓷質的塗層改變了鎂合金表面狀態和性能，從而提高鎂合金的耐蝕性、耐磨性及硬度等。該技術具有操作簡單，易於實現，可以處理複雜構件等優點。鎂合金一個重要的應用領域就是製造手機、平板電腦等外殼，是人體經常接觸的電子產品，僅僅通過等離子體氧化處理獲得耐蝕性、耐磨性好的表面塗層是不夠的，如果能夠通過一定的技術手段處理，使得該塗層還具備良好的抗菌功能，有利於人體健康的同時，將大幅提升鎂合金在手機、平板電腦甚至更多家用電器的應用比例，推動鎂合金的發展。因此，如何製備具有抗菌功能的鎂合金等離子體氧化塗層就顯得十分有意義。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種在鎂合金表面製備等離子體氧化抗菌塗層的方法，具體通過在電解液中添加金屬銀納米顆粒，進而使鎂合金作為陽極與電解液發生反應，得到鎂合金等離子體氧化抗菌塗層。
為實現上述發明目的，本發明提供了如下技術方案：
本發明提供了一種鎂合金等離子體氧化抗菌塗層的製備方法，其具體包括如下步驟：
步驟1：鎂合金工件表面前處理，去除鎂合金工件表面的油汙和氧化層，使金屬材料表面平滑乾淨；
步驟2：將粒度10～100nm金屬銀納米顆粒加入純水中，超聲處理1～3小時，超聲功率100～500w，得到濃度為0.1～1.0g/l的金屬銀納米顆粒分散液；
步驟3，向步驟2得到的金屬銀納米顆粒分散液中加入氫氧化鈉和矽酸鈉，加入量為每升分散液中加入5～20g的氫氧化鈉，每升分散液中加入10～50g的矽酸鈉，並採用去離子水調節，得到金屬納米銀顆粒在氫氧化鈉矽酸鈉混合水溶液中的懸浮液；
步驟4，將步驟3得到的懸浮液作為等離子體氧化電解液，加入電解槽中，將步驟1得到的鎂合金工件作為陽極，在電壓300～500v，時間300～1800s，溫度10～30℃的條件下，進行等離子體氧化處理，得到包含金屬銀的鎂合金等離子體氧化膜層。
作為本發明對上述方案的優選，所述步驟1中鎂合金工件表面前處理具體步驟包括：
a.打磨：分別採用320#、600#、800#、1500#砂紙對鎂合金工件進行打磨；
b.脫脂：將鎂合金工件置於丙酮溶液中超聲處理10～30分鐘；
c.乙醇浸泡：將經過脫脂處理的鎂合金工件在乙醇中浸泡10～30分鐘，冷風吹乾備用。
作為本發明對上述方案的優選，所述步驟1中的鎂合金為az91d鎂合金。
本發明的有益效果在於：本發明以金屬納米銀顆粒在氫氧化鈉矽酸鈉混合水溶液中的懸浮液作為等離子體氧化電解液，前處理的鎂合金工件作為陽極，進行等離子體氧化處理，得到含銀的鎂合金等離子體氧化膜層，該膜層不但耐蝕性、耐磨性好，還具備良好的抗菌功能，使得帶有該種塗層的鎂合金產品能夠廣泛應用於手機、平板電腦及家用電器領域，保障人體健康的同時，還有利於推動鎂合金產業的發展。
附圖說明
圖1為本發明中鎂合金等離子體氧化抗菌塗層的xrd圖譜。
具體實施方式
為使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結合具體實施方式，進一步闡述本發明。
實施例1
一種鎂合金等離子體氧化抗菌塗層的製備方法，其具體包括如下步驟：
步驟1：鎂合金工件前處理；
a.打磨：分別採用320#、600#、800#、1500#砂紙對az91d鎂合金工件進行打磨；
b.脫脂：將上述的鎂合金工件置於丙酮溶液中超聲處理15分鐘；
c.乙醇浸泡：將經過脫脂處理的鎂合金工件在乙醇中浸泡15分鐘，冷風吹乾備用；
步驟2：將粒度30nm金屬銀納米顆粒加入純水中，超聲處理2小時，超聲功率300w，得到濃度為0.1～1.0g/l的金屬銀納米顆粒分散液；
步驟3，向步驟2得到的金屬銀納米顆粒分散液中加入氫氧化鈉和矽酸鈉，加入量為每升分散液中加入15g的氫氧化鈉，每升分散液中加入30g的矽酸鈉，並採用去離子水調節，得到金屬納米銀顆粒在氫氧化鈉矽酸鈉混合水溶液中的懸浮液；
步驟4，將步驟3得到的懸浮液作為等離子體氧化電解液，加入電解槽中，將步驟1得到的鎂合金工件作為陽極，在電壓400v，時間1100s，溫度20℃的條件下，進行等離子體氧化處理，得到包含金屬銀的鎂合金等離子體氧化膜層。
對所得到的鎂合金等離子體氧化抗菌塗層繪製如圖1所述的xrd圖譜，由圖中觀察可得ag已經成功添加到鎂合金等離子體氧化塗層中，該種塗層能夠實現所需的抗菌功效，有利於鎂合金產品的廣泛推廣應用。
實施例2
一種鎂合金等離子體氧化抗菌塗層的製備方法，其具體包括如下步驟：
步驟1：鎂合金工件前處理；
a.打磨：分別採用320#、600#、800#、1500#砂紙對az91d鎂合金工件進行打磨；
b.脫脂：將鎂合金工件置於丙酮溶液中超聲處理10分鐘；
c.乙醇浸泡：將經過脫脂處理的鎂合金工件在乙醇中浸泡10分鐘，冷風吹乾備用；
步驟2：將粒度10nm金屬銀納米顆粒加入純水中，超聲處理1小時，超聲功率100w，得到濃度為0.1～1.0g/l的金屬銀納米顆粒分散液；
步驟3，向步驟2得到的金屬銀納米顆粒分散液中加入氫氧化鈉和矽酸鈉，加入量為每升分散液中加入5g的氫氧化鈉，每升分散液中加入10g的矽酸鈉，並採用去離子水調節，得到金屬納米銀顆粒在氫氧化鈉矽酸鈉混合水溶液中的懸浮液；
步驟4，將步驟3得到的懸浮液作為等離子體氧化電解液，加入電解槽中，將步驟1得到的鎂合金工件作為陽極，在電壓300v，時間300s，溫度10℃的條件下，進行等離子體氧化處理，得到包含金屬銀的鎂合金等離子體氧化膜層。
實施例3
一種鎂合金等離子體氧化抗菌塗層的製備方法，其具體包括如下步驟：
步驟1：鎂合金工件前處理
a.打磨：分別採用320#、600#、800#、1500#砂紙對az91d鎂合金工件進行打磨；
b.脫脂：將鎂合金工件置於丙酮溶液中超聲處理30分鐘；
c.乙醇浸泡：將經過脫脂處理的鎂合金工件在乙醇中浸泡30分鐘，冷風吹乾備用；
步驟2：將粒度100nm金屬銀納米顆粒加入純水中，超聲處理3小時，超聲功率500w，得到濃度為0.1～1.0g/l的金屬銀納米顆粒分散液；
步驟3，向步驟2得到的金屬銀納米顆粒分散液中加入氫氧化鈉和矽酸鈉，加入量為每升分散液中加入20g的氫氧化鈉，每升分散液中加入50g的矽酸鈉，並採用去離子水調節，得到金屬納米銀顆粒在氫氧化鈉矽酸鈉混合水溶液中的懸浮液；
步驟4，將步驟3得到的懸浮液作為等離子體氧化電解液，加入電解槽中，將步驟1得到的鎂合金工件作為陽極，在電壓500v，時間1800s，溫度30℃的條件下，進行等離子體氧化處理，得到包含金屬銀的鎂合金等離子體氧化膜層。
上述實施例所製得的鎂合金工件產品在2小時、24小時以及5天後的抗菌性能檢測結果如下表1所示：
表1上述實施例所製得的產品抗菌檢測結果表
基於上述，本發明以金屬納米銀顆粒在氫氧化鈉矽酸鈉混合水溶液中的懸浮液作為等離子體氧化電解液，前處理的鎂合金工件作為陽極，進行等離子體氧化處理，得到含銀的鎂合金等離子體氧化膜層，該膜層不但耐蝕性、耐磨性好，還具備良好的抗菌功能，適宜應用於手機、平板電腦及家用電器領域。
本技術領域中的普通技術人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說明本發明，而並非用作為對本發明的限定，只要在本發明的實質精神範圍內，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本發明的權利要求範圍內。