镁合金覆盖件功能表面的仿生设计与关键技术

利用仿生学原理，对镁合金覆盖件表面进行仿生设计，构筑形态、结构、材料多因素协同作用的复合表面，以提高镁合金覆盖件表面自清洁性，改善镁合金表面耐蚀性等性能，并研究制备这种复合表面的关键技术。具体内容包括：1）以抽象出的植物叶表面的理想模型为基础，运用相似理论，进行仿生复合表面的设计。2）运用模板法和纳米复合电沉积技术相结合，制备这种仿生复合表面，并探讨形成机理，分析制备过程中各参数之间的关系及对复合表面的影响机理。3）研究复合表面自清洁性、耐蚀性、耐磨性，探讨复合表面各因素对性能的作用机制。分析各因素之间的关系，寻求最优的表面构形，针对某一性能，分析各因素的影响机理，并建立权重关系式。项目的研究工作为镁合金覆盖件表面处理提供了新的思路和方法，具有重要的学术意义，同时在镁合金制造和应用领域具有广阔的应用前景，因而也具有重要的工程意义。

镁合金是实际应用中最轻的金属结构材料，具有比强度和比刚度高；电磁屏蔽性、减噪减振、切削加工性能好；可回收等优异特性，在航空航天、汽车工业和电子通讯等领域已经得到广泛应用。由于镁合金液态流动性好，镁合金也在汽车工业、航空航天中被用于覆盖件，对于应用于覆盖件的镁合金，经常与外界环境接触，极易沾染灰尘，因此自清洁性显得尤为重要。另一方面耐蚀性差是制约其应用的主要原因。因此，研究有效的防护措施来增强其耐蚀性是镁合金推广使用的重要措施。.　 本项目选用AZ91D镁合金作为基体，通过电沉积技术、化学镀镍技术及化学刻蚀法、模板法等制备具有疏水特性的保护层。对AZ91D镁合金表面仿生复合镀层的微观形貌、润湿性能、耐蚀性能及力学性能等方面进行检测并分析。本项目主要开展了如下研究工作：1）纳米复合电沉积法制备n-ZrO2/Ni复合镀层。与纯镍镀层相比，电沉积n-ZrO2/Ni复合镀层的晶粒更细小，镀层更均匀。随纳米氧化锆颗粒加入量的增加，n-ZrO2/Ni复合镀层的显微硬度提高，当达到最大值后开始下降。AZ91D镁合金表面电沉积n-ZrO2/Ni复合镀层的自腐蚀电位得到提高，自腐蚀电流有所降低；2）化学刻蚀法制备AZ91D镁合金表面疏水性化学镀层。刻蚀处理后所形成的化学镀镍层分布着不同数量的乳突结构，这种结构使试样表面具有典型生物疏水表面的非光滑特征，其最大静态接触角为109°。采用多浓度组合滴定法在AZ91D镁合金基体上制备疏水改性层。经过化学刻蚀处理后的镁合金AZ91D基体表面上有大量孔洞结构形成，基体表面出现细小的裂纹，有枝晶结构在其表面的区域形成。最大润湿角度达到130.8°；3）运用模板法原理，制备仿生耐腐蚀镁合金表面。在镁合金表面形成疏松的氧化铈(CeO2)薄膜作为模板，然后在DTS(CH3(CH2)11Si(OCH3)3)溶液中浸泡20分钟，CeO2薄膜和硅烷在表面的分布和结晶程度对疏水性能的好坏起到决定性的作用，形成微米级乳突和纳米级气孔，修饰后的氧化铈薄膜的接触角为146.7°。.　　本项目的研究工作为镁合金覆盖件表面处理提供了新的思路和方法，具有重要的学术意义，同时在镁合金制造和应用领域具有广阔的应用前景，因而也具有重要的工程意义。