镁合金微弧氧化用的纳米电解液的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种镁合金微弧氧化用的纳米电解液，该电解液以水为溶剂，包括按浓度计算的下列组分：2-8g/L的Na2SiO3、5-15g/L的KF、1-5g/L的(NaPO3)6；还包括2-3g/L的TiO2。有益效果是：本发明的微弧氧化电解液，成分简单，易于控制，不含易分解成分，工艺稳定；采用本发明制得的微弧氧化复合膜厚度均匀、表面光滑、致密性好、孔隙率小，与基体结合良好，获得的微弧氧化复合膜在中性腐蚀介质中具有优良的耐蚀性能；克服了镁合金微弧氧化膜后处理封孔工艺复杂、成本高以及污染环境等缺点。
【专利说明】镁合金微弧氧化用的纳米电解液
【技术领域】
[0001]本发明涉及镁合金表面处理【技术领域】，尤其是涉及一种镁合金微弧氧化用的电解液及其微弧氧化方法。
【背景技术】
[0002]镁合金比重小，比强度和比刚度高，导热导电性好，同时具有良好的阻尼减震和电磁屏蔽功能，加之存储量丰富，易于回收利用，作为电子产品，如移动通讯，手提式计算机等的壳体结构件，可以替代目前被广泛使用的塑料，满足电子产品的轻、薄、小型化及高度集成化的要求，正日益得到广泛应用。特别在汽车车体上镁合金的大量应用，可以实现汽车轻质化。据测算，汽车自重减轻10 %，其燃油效率可提高5.5 %，由于汽车的轻质化，减少了燃料消耗，同时减少了汽车温室气体排放篁，降低了污染，在环境保护上更具有重大意义。因此，镁及镁合金已经戌为现代汽车、电子、通讯及航空航天等领域的前选材料，被誉为“二十一世纪的绿色工程材料”。但是，要进一步扩大镁含金在汽车及3C产品上的应用，必须解决镁合金的腐蚀与防护问题。镁是现有结构材料中化学活泼性最高的佥属材料，其标准电极电位为-2.37伏。在大气中表面自然形成的氧化膜疏松多孔，基本不具有保护作用。在各种环境条件下，尤其是氯离子存在时，锈及其合金的腐蚀破坏非常严重。
[0003]因此，在镁合金在使用前，一般须进行适当的表面处理，一种能够大幅提高镁合金的表面防腐和耐磨性能的镁合金微弧氧化方法及其电解液的出现很有必要了。
【发明内容】
[0004]本发明为解决上述技术问题，在于提供一种提升镁合金耐腐蚀效果的电解液，以及能够大幅度提高镁合金的表面防腐和耐磨性能的微弧氧化方法。
[0005]本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现:
[0006]一种镁合金微弧氧化用的纳米电解液，以水为溶剂，包括按浓度计算的下列组分:
[0007]Na2Si03 2_8g/L ;KF 5_15g/L ; (NaP03) 6 l_5g/L。
[0008]作为优选的技术方案，所述电解液还包括2_3g/L的Ti02。
[0009]作为优选的技术方案，所述Ti02的直径为30nm。
[0010]一种镁合金微弧氧化方法，包括以下步骤:
[0011]1)预处理:将工件研磨、抛光、脱脂、酸洗；
[0012]2)微弧氧化:配制上述的电解液，并将经过步骤1)处理后的工件该电解液内微弧氧化，所用电源为脉冲电源，电解液温度控制在15-40°C之间，时间为2-60min ；
[0013]3)清洗，工件的表面即得防腐性能良好的镁合金微弧氧化涂层。
[0014]进一步的，所述步骤2)中的脉冲电源的频率范围为100-1000Ηz，正、负脉冲占空比 5-30%,电流密度 5_40mA/cm2。
[0015]进一步的，所述步骤2)中的微弧氧化包括两步，即微弧氧化预处理和微弧氧化处理。
[0016]作为优选的技术方案，所述微弧氧化预处理的脉冲电源的频率范围为200Hz，正、负脉冲占空比10%，电流密度10mA/cm2，时间为2min。
[0017]作为优选的技术方案，所述微弧氧化处理的脉冲电源的频率范围为200Hz，正、负脉冲占空比10%，电流密度20mA/cm2，时间为20min。
[0018]本发明具有的有益效果是:(1)本发明的微弧氧化电解液，成分简单，易于控制，不含易分解成分，工艺稳定；
[0019](2)采用本发明制得的微弧氧化复合膜厚度均匀、表面光滑、致密性好、孔隙率小，与基体结合良好，获得的微弧氧化复合膜在中性腐蚀介质中具有优良的耐蚀性能；
[0020](3)克服了镁合金微弧氧化膜后处理封孔工艺复杂、成本高以及污染环境等缺点。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为铜加速实验186h后普通AZ91D镁合金的试样表面形貌；
[0022]图2为铜加速实验186h后普通微弧氧化的试样表面形貌；
[0023]图3为铜加速实验186h后含Ti02的微弧氧化的试样表面形貌；
[0024]图4为普通镁合金微弧氧化的陶瓷膜表面形貌；
[0025]图5为含Ti02的镁 合金微弧氧化的陶瓷膜表面形貌。
【具体实施方式】
[0026]为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
[0027]实施例1
[0028]配制电解液1，以水为溶剂，包括下列组分:
[0029]2g/L 的 Na2Si03、5g/L 的 KF、lg/L 的(NaP03)6。
[0030]样品采用AZ91D镁合金，其具体操作步骤如下:
[0031]1、预处理:用砂纸打磨样品表面至其表面粗糙度R~0.18 μ m，用普通洗涤剂对打磨后样品表面进行清洗，以去掉油污脱脂，经过酸洗，之后用蒸馏水冲洗。
[0032]2、微弧氧化:将经过步骤1)处理后的样品在上述电解液内微弧氧化。
[0033]具体工艺条件如下:
[0034]电源为脉冲电源，电解液温度控制在30°C ;先经过微弧氧化预处理，其中脉冲电源的频率范围为200Hz，正、负脉冲占空比10%，电流密度lOmA/cm2，时间为5min ;之后在经过微弧氧化处理，其中脉冲电源的频率范围为200Hz，正、负脉冲占空比10%，电流密度20mA/cm2,时间为 20min。
[0035]3、清洗步骤2微弧氧化后的样品表面即得防腐性能良好的镁合金微弧氧化涂层。
[0036]实施例2
[0037]配制电解液2，电解液以水为溶剂，包括下列组分:
[0038]8g/L 的 Na2Si03、15g/L 的 KF、5g/L 的(NaP03)6、2g/L 的 Ti02。其中 Ti02 的直径为30nmo
[0039]样品采用AZ91D镁合金。[0040]与实施例1不同之处在于:
[0041]步骤2中，电解液温度控制在15°C ;微弧氧化预处理，脉冲电源的频率范围为100Hz，正、负脉冲占空比30%，电流密度5mA/cm2，时间为5min ;微弧氧化处理，其中脉冲电源的频率范围为100Hz，正、负脉冲占空比30%，电流密度40mA/cm2，时间为25min。
[0042]实施例3
[0043]配制电解液3，电解液以水为溶剂，包括下列组分:
[0044]5g/L 的 Na2Si03、10g/L 的 KF、3g/L 的(NaP03)6、3g/L 的 Ti02。其中 Ti02 的直径为30nmo
[0045]样品采用AZ91D镁合金。
[0046]与实施例1不同之处在于:
[0047]步骤2中，电解液温度控制在40°C ;微弧氧化预处理，脉冲电源的频率范围为1000Hz，正、负脉冲占空比20%，电流密度lOmA/cm2，时间为lmin ;微弧氧化处理，其中脉冲电源的频率范围为1000Hz，正、负脉冲占空比20%，电流密度30mA/cm2，时间为lmin。
[0048]实施例4
[0049]配制电解液4，电 解液以水为溶剂，包括下列组分:
[0050]5g/L 的 Na2Si03、10g/L 的 KF、3g/L 的(NaP03)6、3g/L 的 Ti02。其中 Ti02 的直径为30nmo
[0051]样品采用AZ91D镁合金。
[0052]与实施例1不同之处在于:
[0053]步骤2中，电解液温度控制在30°C ;先经过微弧氧化预处理，其中脉冲电源的频率范围为200Hz，正、负脉冲占空比10%，电流密度lOmA/cm2，时间为2min ;之后在经过微弧氧化处理，其中脉冲电源的频率范围为200Hz，正、负脉冲占空比10%，电流密度20mA/cm2，时间为20min。
[0054]实施例5
[0055]配制电解液5，电解液以水为溶剂，包括下列组分:
[0056]6g/L 的 Na2Si03、10g/L 的 KF、5g/L 的(NaP03)6、2g/L 的 Ti02。其中 Ti02 的直径为30nmo
[0057]样品采用AZ91D镁合金。
[0058]与实施例1不同之处在于:
[0059]步骤2中，电解液温度控制在25°C ;微弧氧化预处理，脉冲电源的频率范围为500Hz，正、负脉冲占空比10%，电流密度lOmA/cm2，时间为15min ;微弧氧化处理，其中脉冲电源的频率范围为500Hz，正、负脉冲占空比10%，电流密度10mA/cm2，时间为45min。
[0060]实验对比
[0061]如图1、图2、图3所示，为铜加速实验186h后，不同试样的表面腐蚀程度。其中，在普通电解液制备的试样表面以及严重腐蚀，镁合金微弧氧化用的电解液制备的试样出现腐蚀斑块，而采用含TiO2的镁合金微弧氧化用的电解液制备的试样没有出现腐蚀。因此，经过在含Ti02的镁合金微弧氧化用的电解液提高了陶瓷层致密性，具有优良的耐蚀性能。
[0062]如图4和图5为微弧氧化陶瓷层表面的显微结构形貌。图4为普通电解液制备所得微弧氧化陶瓷层，由图4可以看出陶瓷层表面分布着明显的孔洞，这是由微弧氧化陶瓷膜的生长特性，决定了其表面存在大量均匀分布的微孔。在生长过程中，陶瓷层被高压击穿，形成放电通道，在通道中的高温下，基体镁和电解液中的离子发生剧烈的等离子体化学反应，生成以氧化镁为主的反应产物，熔融的反应产物沿放电通道排出到电解液中，在放电通道处被电解液冷却凝固，留下类似“火山喷口 ”小孔，这些孔隙基本上是盲孔。图5为添加了纳米Ti02的电解液形成的纳米微弧氧化陶瓷层。由图5可看出，相比较于图4，由于纳米Ti02的加入，陶瓷层表面的孔隙减少。因为加入的纳米颗粒均匀分散在溶液中，参与陶瓷层的烧结生成，复合于微弧氧化陶瓷层中。另一方面，由于微弧放电时间较短，一些沉积的Ti02纳米颗粒来不及充分烧结，堵塞陶瓷层表面的火山状放电孔，从而提高了陶瓷层致密性。[0063]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【权利要求】
1.一种镁合金微弧氧化用的纳米电解液，以水为溶剂，其特征在于，包括按浓度计算的下列组分:Na2Si03 2-8g/L ；KF5-15g/L ；(NaP03)6 l-5g/L。
2.根据权利要求1所述的一种镁合金微弧氧化用的纳米电解液，其特征在于，所述电解液还包括2-3g/L的Ti02。
3.根据权利要求3所述的一种镁合金微弧氧化用的纳米电解液，其特征在于，所述Ti02的直径为30nm。
4.根据权利要求2所述的一种镁合金微弧氧化用的纳米电解液，其特征在于，所述电解液包括按浓度计算的下列组分:Na2Si03 5g/L ；KF10g/L ；(NaP03)6 3g/L ；Ti023g/L。
5.一种镁合金微弧氧化 方法，包括以下步骤:1)预处理:将工件研磨、抛光、脱脂、酸洗；2)微弧氧化:配制权利要求1-4任一所述的镁合金微弧氧化用的纳米电解液，并将经过步骤1)处理后的工件该电解液内微弧氧化，所用电源为脉冲电源，电解液温度控制在15-40°C之间，时间为 2-60min ；3)清洗，工件的表面即得防腐性能良好的镁合金微弧氧化涂层。
6.根据权利要求5所述的一种镁合金微弧氧化方法，其特征在于，步骤2)中所述的脉冲电源的频率范围为ΙΟΟ-ΙΟΟΟΗζ，正、负脉冲占空比5-30%，电流密度5-40mA/cm2。
7.根据权利要求5所述的一种镁合金微弧氧化方法，其特征在于，所述步骤2)中的微弧氧化包括两步，即微弧氧化预处理和微弧氧化处理。
8.根据权利要求7所述的一种镁合金微弧氧化方法，其特征在于，所述微弧氧化预处理的脉冲电源的频率范围为200Hz，正、负脉冲占空比10%，电流密度lOmA/cm2，时间为2min。
9.根据权利要求7所述的一种镁合金微弧氧化方法，其特征在于，所述微弧氧化处理的脉冲电源的频率范围为200Hz，正、负脉冲占空比10%，电流密度20mA/cm2，时间为20mino
【文档编号】C25D11/30GK103628113SQ201210299731
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2012年8月22日 优先权日:2012年8月22日
【发明者】邱骥, 马世宁, 刘谦, 朱海燕, 王红美, 李新, 王荣辉, 索相波 申请人:中国人民解放军装甲兵工程学院