鎂合金微弧氧化用的納米電解液的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種鎂合金微弧氧化用的納米電解液，該電解液以水為溶劑，包括按濃度計算的下列組分：2-8g/L的Na2SiO3、5-15g/L的KF、1-5g/L的(NaPO3)6；還包括2-3g/L的TiO2。有益效果是：本發明的微弧氧化電解液，成分簡單，易于控制，不含易分解成分，工藝穩定；采用本發明制得的微弧氧化復合膜厚度均勻、表面光滑、致密性好、孔隙率小，與基體結合良好，獲得的微弧氧化復合膜在中性腐蝕介質中具有優良的耐蝕性能；克服了鎂合金微弧氧化膜后處理封孔工藝復雜、成本高以及污染環境等缺點。
【專利說明】鎂合金微弧氧化用的納米電解液
【技術領域】
[0001]本發明涉及鎂合金表面處理【技術領域】，尤其是涉及一種鎂合金微弧氧化用的電解液及其微弧氧化方法。
【背景技術】
[0002]鎂合金比重小，比強度和比剛度高，導熱導電性好，同時具有良好的阻尼減震和電磁屏蔽功能，加之存儲量豐富，易于回收利用，作為電子產品，如移動通訊，手提式計算機等的殼體結構件，可以替代目前被廣泛使用的塑料，滿足電子產品的輕、薄、小型化及高度集成化的要求，正日益得到廣泛應用。特別在汽車車體上鎂合金的大量應用，可以實現汽車輕質化。據測算，汽車自重減輕10 %，其燃油效率可提高5.5 %，由于汽車的輕質化，減少了燃料消耗，同時減少了汽車溫室氣體排放篁，降低了污染，在環境保護上更具有重大意義。因此，鎂及鎂合金已經戌為現代汽車、電子、通訊及航空航天等領域的前選材料，被譽為“二十一世紀的綠色工程材料”。但是，要進一步擴大鎂含金在汽車及3C產品上的應用，必須解決鎂合金的腐蝕與防護問題。鎂是現有結構材料中化學活潑性最高的僉屬材料，其標準電極電位為-2.37伏。在大氣中表面自然形成的氧化膜疏松多孔，基本不具有保護作用。在各種環境條件下，尤其是氯離子存在時，銹及其合金的腐蝕破壞非常嚴重。
[0003]因此，在鎂合金在使用前，一般須進行適當的表面處理，一種能夠大幅提高鎂合金的表面防腐和耐磨性能的鎂合金微弧氧化方法及其電解液的出現很有必要了。

【發明內容】

[0004]本發明為解決上述技術問題，在于提供一種提升鎂合金耐腐蝕效果的電解液，以及能夠大幅度提高鎂合金的表面防腐和耐磨性能的微弧氧化方法。
[0005]本發明所解決的技術問題采用以下技術方案來實現:
[0006]一種鎂合金微弧氧化用的納米電解液，以水為溶劑，包括按濃度計算的下列組分:
[0007]Na2Si03 2_8g/L ;KF 5_15g/L ; (NaP03) 6 l_5g/L。
[0008]作為優選的技術方案，所述電解液還包括2_3g/L的Ti02。
[0009]作為優選的技術方案，所述Ti02的直徑為30nm。
[0010]一種鎂合金微弧氧化方法，包括以下步驟:
[0011]1)預處理:將工件研磨、拋光、脫脂、酸洗；
[0012]2)微弧氧化:配制上述的電解液，并將經過步驟1)處理后的工件該電解液內微弧氧化，所用電源為脈沖電源，電解液溫度控制在15-40°C之間，時間為2-60min ；
[0013]3)清洗，工件的表面即得防腐性能良好的鎂合金微弧氧化涂層。
[0014]進一步的，所述步驟2)中的脈沖電源的頻率范圍為100-1000Ηz，正、負脈沖占空比 5-30%,電流密度 5_40mA/cm2。
[0015]進一步的，所述步驟2)中的微弧氧化包括兩步，即微弧氧化預處理和微弧氧化處理。
[0016]作為優選的技術方案，所述微弧氧化預處理的脈沖電源的頻率范圍為200Hz，正、負脈沖占空比10%，電流密度10mA/cm2，時間為2min。
[0017]作為優選的技術方案，所述微弧氧化處理的脈沖電源的頻率范圍為200Hz，正、負脈沖占空比10%，電流密度20mA/cm2，時間為20min。
[0018]本發明具有的有益效果是:(1)本發明的微弧氧化電解液，成分簡單，易于控制，不含易分解成分，工藝穩定；
[0019](2)采用本發明制得的微弧氧化復合膜厚度均勻、表面光滑、致密性好、孔隙率小，與基體結合良好，獲得的微弧氧化復合膜在中性腐蝕介質中具有優良的耐蝕性能；
[0020](3)克服了鎂合金微弧氧化膜后處理封孔工藝復雜、成本高以及污染環境等缺點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為銅加速實驗186h后普通AZ91D鎂合金的試樣表面形貌；
[0022]圖2為銅加速實驗186h后普通微弧氧化的試樣表面形貌；
[0023]圖3為銅加速實驗186h后含Ti02的微弧氧化的試樣表面形貌；
[0024]圖4為普通鎂合金微弧氧化的陶瓷膜表面形貌；
[0025]圖5為含Ti02的鎂 合金微弧氧化的陶瓷膜表面形貌。
【具體實施方式】
[0026]為了使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本發明。
[0027]實施例1
[0028]配制電解液1，以水為溶劑，包括下列組分:
[0029]2g/L 的 Na2Si03、5g/L 的 KF、lg/L 的(NaP03)6。
[0030]樣品采用AZ91D鎂合金，其具體操作步驟如下:
[0031]1、預處理:用砂紙打磨樣品表面至其表面粗糙度R~0.18 μ m，用普通洗滌劑對打磨后樣品表面進行清洗，以去掉油污脫脂，經過酸洗，之后用蒸餾水沖洗。
[0032]2、微弧氧化:將經過步驟1)處理后的樣品在上述電解液內微弧氧化。
[0033]具體工藝條件如下:
[0034]電源為脈沖電源，電解液溫度控制在30°C ;先經過微弧氧化預處理，其中脈沖電源的頻率范圍為200Hz，正、負脈沖占空比10%，電流密度lOmA/cm2，時間為5min ;之后在經過微弧氧化處理，其中脈沖電源的頻率范圍為200Hz，正、負脈沖占空比10%，電流密度20mA/cm2,時間為 20min。
[0035]3、清洗步驟2微弧氧化后的樣品表面即得防腐性能良好的鎂合金微弧氧化涂層。
[0036]實施例2
[0037]配制電解液2，電解液以水為溶劑，包括下列組分:
[0038]8g/L 的 Na2Si03、15g/L 的 KF、5g/L 的(NaP03)6、2g/L 的 Ti02。其中 Ti02 的直徑為30nmo
[0039]樣品采用AZ91D鎂合金。[0040]與實施例1不同之處在于:
[0041]步驟2中，電解液溫度控制在15°C ;微弧氧化預處理，脈沖電源的頻率范圍為100Hz，正、負脈沖占空比30%，電流密度5mA/cm2，時間為5min ;微弧氧化處理，其中脈沖電源的頻率范圍為100Hz，正、負脈沖占空比30%，電流密度40mA/cm2，時間為25min。
[0042]實施例3
[0043]配制電解液3，電解液以水為溶劑，包括下列組分:
[0044]5g/L 的 Na2Si03、10g/L 的 KF、3g/L 的(NaP03)6、3g/L 的 Ti02。其中 Ti02 的直徑為30nmo
[0045]樣品采用AZ91D鎂合金。
[0046]與實施例1不同之處在于:
[0047]步驟2中，電解液溫度控制在40°C ;微弧氧化預處理，脈沖電源的頻率范圍為1000Hz，正、負脈沖占空比20%，電流密度lOmA/cm2，時間為lmin ;微弧氧化處理，其中脈沖電源的頻率范圍為1000Hz，正、負脈沖占空比20%，電流密度30mA/cm2，時間為lmin。
[0048]實施例4
[0049]配制電解液4，電 解液以水為溶劑，包括下列組分:
[0050]5g/L 的 Na2Si03、10g/L 的 KF、3g/L 的(NaP03)6、3g/L 的 Ti02。其中 Ti02 的直徑為30nmo
[0051]樣品采用AZ91D鎂合金。
[0052]與實施例1不同之處在于:
[0053]步驟2中，電解液溫度控制在30°C ;先經過微弧氧化預處理，其中脈沖電源的頻率范圍為200Hz，正、負脈沖占空比10%，電流密度lOmA/cm2，時間為2min ;之后在經過微弧氧化處理，其中脈沖電源的頻率范圍為200Hz，正、負脈沖占空比10%，電流密度20mA/cm2，時間為20min。
[0054]實施例5
[0055]配制電解液5，電解液以水為溶劑，包括下列組分:
[0056]6g/L 的 Na2Si03、10g/L 的 KF、5g/L 的(NaP03)6、2g/L 的 Ti02。其中 Ti02 的直徑為30nmo
[0057]樣品采用AZ91D鎂合金。
[0058]與實施例1不同之處在于:
[0059]步驟2中，電解液溫度控制在25°C ;微弧氧化預處理，脈沖電源的頻率范圍為500Hz，正、負脈沖占空比10%，電流密度lOmA/cm2，時間為15min ;微弧氧化處理，其中脈沖電源的頻率范圍為500Hz，正、負脈沖占空比10%，電流密度10mA/cm2，時間為45min。
[0060]實驗對比
[0061]如圖1、圖2、圖3所示，為銅加速實驗186h后，不同試樣的表面腐蝕程度。其中，在普通電解液制備的試樣表面以及嚴重腐蝕，鎂合金微弧氧化用的電解液制備的試樣出現腐蝕斑塊，而采用含TiO2的鎂合金微弧氧化用的電解液制備的試樣沒有出現腐蝕。因此，經過在含Ti02的鎂合金微弧氧化用的電解液提高了陶瓷層致密性，具有優良的耐蝕性能。
[0062]如圖4和圖5為微弧氧化陶瓷層表面的顯微結構形貌。圖4為普通電解液制備所得微弧氧化陶瓷層，由圖4可以看出陶瓷層表面分布著明顯的孔洞，這是由微弧氧化陶瓷膜的生長特性，決定了其表面存在大量均勻分布的微孔。在生長過程中，陶瓷層被高壓擊穿，形成放電通道，在通道中的高溫下，基體鎂和電解液中的離子發生劇烈的等離子體化學反應，生成以氧化鎂為主的反應產物，熔融的反應產物沿放電通道排出到電解液中，在放電通道處被電解液冷卻凝固，留下類似“火山噴口 ”小孔，這些孔隙基本上是盲孔。圖5為添加了納米Ti02的電解液形成的納米微弧氧化陶瓷層。由圖5可看出，相比較于圖4，由于納米Ti02的加入，陶瓷層表面的孔隙減少。因為加入的納米顆粒均勻分散在溶液中，參與陶瓷層的燒結生成，復合于微弧氧化陶瓷層中。另一方面，由于微弧放電時間較短，一些沉積的Ti02納米顆粒來不及充分燒結，堵塞陶瓷層表面的火山狀放電孔，從而提高了陶瓷層致密性。[0063]以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特征和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【權利要求】
1.一種鎂合金微弧氧化用的納米電解液，以水為溶劑，其特征在于，包括按濃度計算的下列組分:Na2Si03 2-8g/L ；KF5-15g/L ；(NaP03)6 l-5g/L。
2.根據權利要求1所述的一種鎂合金微弧氧化用的納米電解液，其特征在于，所述電解液還包括2-3g/L的Ti02。
3.根據權利要求3所述的一種鎂合金微弧氧化用的納米電解液，其特征在于，所述Ti02的直徑為30nm。
4.根據權利要求2所述的一種鎂合金微弧氧化用的納米電解液，其特征在于，所述電解液包括按濃度計算的下列組分:Na2Si03 5g/L ；KF10g/L ；(NaP03)6 3g/L ；Ti023g/L。
5.一種鎂合金微弧氧化 方法，包括以下步驟:1)預處理:將工件研磨、拋光、脫脂、酸洗；2)微弧氧化:配制權利要求1-4任一所述的鎂合金微弧氧化用的納米電解液，并將經過步驟1)處理后的工件該電解液內微弧氧化，所用電源為脈沖電源，電解液溫度控制在15-40°C之間，時間為 2-60min ；3)清洗，工件的表面即得防腐性能良好的鎂合金微弧氧化涂層。
6.根據權利要求5所述的一種鎂合金微弧氧化方法，其特征在于，步驟2)中所述的脈沖電源的頻率范圍為ΙΟΟ-ΙΟΟΟΗζ，正、負脈沖占空比5-30%，電流密度5-40mA/cm2。
7.根據權利要求5所述的一種鎂合金微弧氧化方法，其特征在于，所述步驟2)中的微弧氧化包括兩步，即微弧氧化預處理和微弧氧化處理。
8.根據權利要求7所述的一種鎂合金微弧氧化方法，其特征在于，所述微弧氧化預處理的脈沖電源的頻率范圍為200Hz，正、負脈沖占空比10%，電流密度lOmA/cm2，時間為2min。
9.根據權利要求7所述的一種鎂合金微弧氧化方法，其特征在于，所述微弧氧化處理的脈沖電源的頻率范圍為200Hz，正、負脈沖占空比10%，電流密度20mA/cm2，時間為20mino
【文檔編號】C25D11/30GK103628113SQ201210299731
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2012年8月22日 優先權日:2012年8月22日
【發明者】邱驥, 馬世寧, 劉謙, 朱海燕, 王紅美, 李新, 王榮輝, 索相波 申請人:中國人民解放軍裝甲兵工程學院