专利名称：环保型镁合金阳极氧化电解液的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电解液，具体说是涉及一种镁合金阳极氧化电解液。
背景技术：
镁是最轻的结构金属材料，其密度仅为1. 74g/cm3，除此之外，镁合金还 具有抗震力强，刚性好，可铸、可焊，电磁屏蔽性优良，导电导热能力强，长期使用不易变形， 易回收等特点。因此，镁合金材料具有广阔的应用前景，而被应用于众多领域。如汽车、电 子、航空航天、军事等工业部门。但是镁合金化学活性高，与不同类金属混合时易发生电解 腐蚀和微电腐蚀，耐蚀性较差，这在一定程度上又限制了镁合金的应用，因此，如何增强镁 合金的耐蚀性一直是该领域技术人员研究的重要课题。目前，增强镁合金耐蚀性的途径和方法有很多，其中包括提高合金的纯度和开发 新的合金、采用快速凝固工艺、表面处理技术等。其中表面处理技术又包括化学转化处理、 阳极氧化、金属镀层、表面改性、有机涂层、微弧氧化等。其中阳极氧化成膜技术因其具有生 产工艺简单、一次成膜面积大、设备投资少、加工成本低、电解液可以重复使用等优点而成 为镁合金工业化中最常用的处理方法。阳极氧化技术是以金属为阳极，在适当的电解液中进行电解，从而在金属表面获 得保护性膜层的方法。影响阳极氧化成膜效果的因素包括电解液组分及其浓度，电参数 (电压、电流)类型、幅值及其控制方式，溶液温度及处理时间等。其中电解液组分是影响阳 极氧化膜成分及性能的最主要因素。目前，阳极氧化电解液分为两类。第一类为以含Cr(VI)化合物为主要成分的电 解液，如D0W17、Cr-22等传统工艺；第二类为以含磷酸盐或氟化物为主要成分的电解液，如 HAE等。所述电解液虽然较早的应用于镁合金表面处理，但是上述电解液中含有Cr、P、F等 对人类健康及生态环境有严重危害的元素，无法适应当前社会发展趋势。仍使电解液的生 产和应用受到限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能显著提高镁合金耐蚀性、对生态环境无 污染、人类健康无危害的环保型镁合金阳极氧化电解液。以弥补现有技术之不足。本发明的环保型镁合金阳极氧化电解液是以水为溶剂，由10_200g/L氢氧化物、 硼酸盐或硅酸盐中至少一种，与l_15g/L氨基乙酸混合配制而成。本发明的电解液由于采取了上述组分，尤其是在已有电解液基础上加入氨基乙酸 添加剂，不仅使电解液无氰无氟，对生态环境无污染，对人类健康无危害。而且性能均一稳 定，温度变化不明显(不致使氧化反应受影响)。加入氨基乙酸的电解液无色透明，能清楚 观察氧化全过程，在氧化过程中使氧化膜生长速度加快，火花放电均勻分布，不聚点。不会 对镁合金外表造成较大的缺陷，从而使氧化成膜更加均勻，氧化膜表面更加均一平整，孔洞 变得更小，膜表面微观形貌更加连续致密。显著提高镁合金的耐蚀性。与此同时，使用本发 明的电解液进行阳极氧化，在氧化过程中不必使用循环水对电解液进行冷凝降温。操作更 为简便易行。除此而外，该发明还具有配方独特组分少、原料广泛易得、制备工艺简单、产品 循环使用、生产成本低廉、社会经济效益显著、既经济又适用、适合大力推广等优点。
具体实施例方式本发明的环保型镁合金阳极氧化电解液，是以水为溶剂，其浓度为 电位体积溶液所含电解质质量，还以氨基乙酸为添加剂，并选择氢氧化物、硼酸盐或硅酸盐中至少一种进行混合配制。其中所述的氢氧化物为氢氧化锂、氢氧化钠或氢氧化钾之一或 其复配；所述的硼酸盐为其钠盐或钾盐；所述的硅酸盐为正硅酸盐、偏硅酸盐中的一种钠 盐或钾盐。本发明给出了 15个实施例详见表1 表1本发明其各组分配比情况表 将根据表1所列实施例中组分及配比配制的本发明电解液，应用于对AZ31B镁合 金的阳极表面处理，具体方法如下(一 )对镁合金进行前处理；首先将AZ31B型镁合金(同样适用其他型号的镁合 金)打磨，然后放入丙酮除油液中利用超声波清洗，再放碱性除油装置和磷酸酸洗液(浓度 为85%的磷酸与去离子水体积比为1 15)中，分别进行碱洗和酸洗，其中碱洗浸泡时间 为lOmin，酸洗浸泡时间为30s-3min。所述前处理各步骤后均得进行水洗，水洗时先用自来 水，然后再用去离子水。(二)配制碱性电解液(即是本发明的电解液)；在1L去离子水中加入10_200g 硅酸盐或硼酸盐或氢氧化物，l_15g氨基乙酸进行混合。其中各组分详细配比按表1。(三)对前处理后镁合金阳极氧化；将前处理过的镁合金放入本发明的碱性电解 液中进行阳极氧化，通入直流电，电压不断升高，恒电流，电流密度为0. 5-25A/dm2，通电时 间为l-40min，电解液温度始终保持低于40°C。阳极氧化完毕后水洗即可。使用本发明的电解液对AZ31B型镁合金经所述工艺进行阳极氧化处理发现，它与 现有技术相比，其氧化膜生长速度快，阳极氧化膜表面更加平整，孔洞变小，膜表面微观形 貌更加连续致密。在此基础上，为了进一步表明加入氨基乙酸所产生的效果，还对阳极氧化后的AZ31B型镁合金进行了电化学动电位极化曲线测试，测试采用三电极体系，以饱和甘 汞电极为参比电极，钼电极为对电极，试样为工作电极，所用介质为PH = 7的3.5% NaCl溶 液。试样暴露的工作面积为lcm2，初始延迟900s，扫描速度lmV/s。极化测试时，控制溶液 温度为室温。膜厚测量采用国产无损涡流测厚仪。
图1中a为不添加氨基乙酸所形成的阳极氧化膜；b为添加了氨基乙酸后形成的 阳极氧化膜。图1电化学动电位极化曲线由电化学动电位极化曲线测试结果显示，使用本发明的电解液对AZ31B型镁合金 进行阳极氧化与不添加氨基乙酸进行阳极氧化所形成的氧化膜相比，由本发明形成的阳极 氧化膜其自腐蚀电位正移(_1403mV)正移176mV，自腐蚀电流变小，能够更好的对基体起到 保护作用。而不添加氨基乙酸所形成的阳极氧化膜自腐蚀电位相对较高(详见表2)。表2两种氧化膜自腐蚀电位对照表 为了进一步证明本发明的积极效果，我们选择了实施例15，将按其配方、配比配制 本发明的电解液，用于经前处理后的AZ31B型镁合金在该阳极氧化电解液中微弧氧化，通 入直流电，电压不断升高，恒电流，电流密度为20A/dm2，通电时间为15min，电解温度始终保 持低于40°C中完成氧化过程。同时选择了 D0W17电解质溶液对AZ31B型镁合金在该阳极氧 化电解液中微弧氧化的对比实验D0W17电解质溶液组成及阳极氧化条件如下电解液组成240_360g/LNH4HF2100g/L Na2Cr207. 2H2090ml/L H3P04(85% )阳极氧化条件温度71_82°C 电压70-90V电流密度 5_50mA/cm2 (AC/DC)恒电流通电5-25分钟。在温度为93-100°C的53g/L Na2Si203溶液中封孔处理15分钟。将实施例15的本发明与D0W17电解液按所述方法分别用于对镁合金的阳极氧化 过程，所得到的氧化膜在室温下同放于3. 5%的氯化钠水溶液中测塔菲尔(Tafel)曲线，塔 菲尔(Tafel)曲线的对比测试(见图2)。图2不同电解液形成的氧化膜其塔菲尔(Tafel)曲线图2中a曲线为D0W17电解液中制备出的氧化膜的Tafel曲线；b曲线为本发明 电解液中制备出的阳极氧化膜的Tafel曲线。从实验的结果可以看出，使用本发明电解液 对镁合金进行阳极氧化处理，在提高镁合金耐蚀性方面具有相当的显著效果。综上所述，镁合金在本发明这种环保型阳极氧化电解液中进行阳极氧化，能获得 一种白色阳极氧化膜，氧化膜的表面形貌平整，孔隙率低，耐蚀性显著提高。所述氧化膜 能够在成膜后的镁合金基体表面形成一层有效的保护层，经过处理后的镁合金可以作为油漆、电镀、涂料等的基底，同时也可以用来进行着色以满足不同装饰性目的需要。同时使镁 合金能在诸多领域得到更加广泛的应用。图2中a曲线为D0W17电解液中制备出的氧化膜的Tafel曲线；b曲线为本发明 电解液中制备出的阳极氧化膜的Tafel曲线。从实验的结果可以看出，使用本发明电解液 对镁合金进行阳极氧化处理，在提高镁合金耐蚀性方面具有相当的显著效果。综上所述，镁合金在本发明这种环保型阳极氧化电解液中进行阳极氧化，能获得 一种白色阳极氧化膜，氧化膜的表面形貌平整，孔隙率低，耐蚀性显著提高。所述氧化膜 能够在成膜后的镁合金基体表面形成一层有效的保护层，经过处理后的镁合金可以作为油 漆、电镀、涂料等的基底，同时也可以用来进行着色以满足不同装饰性目的需要。同时使镁 合金能在诸多领域得到更加广泛的应用。
权利要求
一种环保型镁合金阳极氧化电解液，它以水为溶剂，其特征在于该电解液是采用10-200g/L氢氧化物、硼酸盐或硅酸盐中至少一种与1-15g/L氨基乙酸混合配制而成。
全文摘要
本发明公开了对镁合金进行阳极氧化使用的电解液——环保型镁合金阳极氧化电解液。该电解液以水为溶剂，由10-200g/L氢氧化物、硼酸盐或硅酸盐中至少一种，与1-15g/L氨基乙酸混合配制。本发明无氰无氟，对生态环境无污染，对人类健康无危害。性能稳定，无色透明，在氧化过程中氧化膜生长速度快，火花放电均匀，不聚点。从而成膜更加均匀，表面更加均一平整，孔洞变得更小，膜表面微观形貌更加连续致密。使镁合金的耐蚀性显著提高。氧化膜能在镁合金表面形成保护层，为有机涂层提供优良基底并满足不同装饰性需要。还具有配方独特组分少、原料广泛易得、制备工艺简单、产品循环使用、生产成本低廉、社会经济效益显著、既经济又适用、适合大力推广等优点。
文档编号C25D11/30GK101857967SQ200910066828
公开日2010年10月13日 申请日期2009年4月10日 优先权日2009年4月10日
发明者刘丹, 常立民 申请人:吉林师范大学