一种镁合金阳极氧化方法
【专利摘要】本发明涉及一种镁合金阳极氧化方法，依次包括脱脂、酸洗、碱蚀、阳极氧化、干燥步骤，所述阳极氧化步骤中使用的脉冲电源输出交流方波脉冲。可使阳极氧化过程中生成的阳极氧化膜不烧损且氧化膜表面平整。
【专利说明】一种镁合金阳极氧化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及阳极氧化领域，具体涉及一种镁合金阳极氧化方法。
【背景技术】
[0002]镁合金在航空航天、运输机械和3C产业中应用非常普遍，由于其化学稳定性低、耐蚀性差、在大气环境下极易腐蚀，因此必须对镁合金制品进行适当的表面处理提高耐腐蚀性。
[0003]目前常用的镁合金表面处理方法为阳极氧化，能显著提高镁合金表面的耐腐蚀性，并且处理后的镁合金还具有一定的耐磨性，处理后形成的阳极氧化膜表面的多孔结构还能够提供与涂装层良好的结合力。[0004]但是 申请人:在使用现有技术中的镁合金阳极氧化方法时发现:在阳极氧化步骤中如果使用直流电，反应期间直流电持续不间断流经氧化膜，产生大量的焦耳热，且随着氧化膜增厚，膜电阻增大，发热量更大，如果热量得不到及时散发，会引起阳极氧化膜烧损；如果使用直流方波脉冲虽然能够解决直流电氧化发热量大的问题，但由于氧化膜表面各个部位反应剧烈程度不一，使氧化膜表面粗糙不平，生成大量凸起的白色颗粒，并且孔隙率大，耐蚀性不理想。
【发明内容】
[0005]为解决以上技术问题，本发明提供一种镁合金阳极氧化方法，使阳极氧化过程中生成的阳极氧化膜不烧损且氧化膜表面平整。
[0006]本发明通过以下技术方案实现:
[0007]—种镁合金阳极氧化方法，依次包括脱脂、酸洗、碱蚀、阳极氧化、干燥步骤，所述阳极氧化步骤中使用的脉冲电源输出交流方波脉冲，使用的脉冲频率为50~500Hz，正向脉冲占空比为5%~40%，负向脉冲占空比为5%~40%，正向脉冲电流密度为0.5~5A/dm2，负向脉冲电流密度0.5~5A/dm2。
[0008]在上述技术方案中，所述阳极氧化步骤中镁合金浸入的电解液中包括NaOHlO~100g/L、Na2SiO3IO ~100g/L、柠檬酸三钠 2 ~30g/L。
[0009]在上述技术方案中，所述阳极氧化步骤在温度为5~40°C条件下进行，时间为5~30mino
[0010]在上述技术方案中，所述脱脂步骤中用于清洗镁合金的脱脂液中包括Na3PO4IO~30g/L、Na2CO3IO~50g/L、0P-102~10ml/L，在温度40~60°C条件下进行，时间为5~15min。
[0011]在上述技术方案中，所述酸洗步骤中将镁合金用质量分数为3~10%的稀硝酸溶液清洗，在室温下进行，时间10~30s。
[0012]在上述技术方案中，所述碱蚀步骤中将镁合金浸入50~150g/L的NaOH溶液，在温度为70~100°C条件下反应3~15min。[0013]在上述技术方案中，所述干燥步骤在温度80~120°C条件下干燥，时间为10~30mino
[0014]本发明使用了交流方波脉冲，当输出波形为正向脉冲方波时，浸入电解液的镁合金试样为阳极，试样表面发生氧化反应，装有电解液的电解槽为阴极，电解槽表面发生还原反应；当输出波形为负向脉冲方波时，电解槽为阳极，发生氧化反应，镁合金试样为阴极，发生还原反应。因此，当输出波形处于负向脉冲方波时，由于试样表面发生阴极还原反应，电解液中的镁离子在试样表面获得电子，以镁的氧化物的形式沉积下来，特别是在氧化膜表面的孔洞、裂纹等显微缺陷处，由于阻抗相对较低，更容易在这些部位获得电子而发生沉积，将缺陷填充，使孔径、裂纹缩小，当下一个正脉冲方波到达时，沉积在缺陷内的物质通过阳极氧化时的火花放电，与周边氧化膜一同熔融烧结，成为整体。此外当输出波形处于负脉冲方波时，在电场迁移作用下，试样表面富集H+,同时OF向电解槽壁迁移，降低了镁合金试样表面碱度，减轻了电解液对氧化膜的化学腐蚀，使氧化膜更加均匀。且本发明使用方波脉冲，与直流氧化相比，电流不是持续不间断通过氧化膜，因此氧化膜表面的焦耳热也不至于将氧化膜烧损。
【专利附图】
【附图说明】[0015]图1为双向方波脉冲电流波形图，其中T(单位:s)为一个脉冲周期、tl (单位:s)为正向脉冲作用时间、t2(单位:s)为负向脉冲作用时间；
[0016]图2为不同负脉冲电流密度下镁合金阳极氧化膜的极化曲线以及与未处理试样(基底)的极化曲线；
[0017]图3a为未施加负脉冲电流时阳极氧化膜的表面形貌；
[0018]图3b为未施加负脉冲电流时阳极氧化膜的表面形貌局部放大图；
[0019]图3c为本发明实施例一形成的阳极氧化膜的表面形貌；
[0020]图3d为本发明实施例一形成的阳极氧化膜的表面形貌局部放大图；
【具体实施方式】
[0021]实施例一
[0022]一种镁合金阳极氧化方法，包括如下步骤:
[0023]脱脂:使用Na3PO4IO ~30g/L、Na2C0310 ~50g/L、0P_102 ~10ml/L 清洗镁合金试样，去除镁合金表面的油污，温度40~60°C,时间5~15min。
[0024]酸洗:使用3~10%的稀硝酸溶液去除镁合金表面氧化物及其它污物,温度为室温，时间10~30s。
[0025]碱蚀:使用50~150g/L的NaOH溶液去除酸洗步骤产生的残留物，温度为70~100。。，时间 3 ~15min。
[0026]阳极氧化:使用的电解液配方为NaOHlO~100g/L、Na2Si0310~100g/L和柠檬酸三钠2~30g/L。使用频率为300Hz，正向脉冲占空比10%，负向脉冲占空比10%，正向脉冲电流密度1.5A/dm2，负向脉冲电流密度3A/dm2，温度20°C，时间lOmin，得到厚度为5 μ m、乳白色的阳极氧化膜。
[0027]干燥:温度80~120°C，时间10~30min。[0028]本实施例一形成的阳极氧化膜均呈现多孔状表面形貌如图3c所示，可见当施加负脉冲电流后，氧化膜表面虽然仍分布有大量圆孔，但是由放大4000倍的图(见图3d)可看出其中大圆孔的孔径已明显缩小，并且虽然氧化膜表面仍旧有裂纹，但无论是裂纹的长度还是宽度都明显缩小，并且长条状的孔洞也消失不见。未施加负脉冲电流时阳极氧化膜的表面形貌如图3a所示，膜层表面均匀地分布着大量大小不一的圆孔，由放大4000倍的图可知(见图3b)，其中大圆孔的直径约为5μπι，同时还出现了明显的裂纹以及大量长条状的细长孔洞，这些表面缺陷的存在对于氧化膜的耐腐蚀性会造成破坏；
[0029]实施例二
[0030]一种镁合金阳极氧化方法，包括如下步骤:
[0031]脱脂:使用Na3PO4IO ~30g/L、Na2C0310 ~50g/L、0P_102 ~10ml/L 清洗镁合金试样，去除镁合金表面的油污，温度40~60°C,时间5~15min。
[0032]酸洗:使用3~10%的稀硝酸溶液去除镁合金表面氧化物及其它污物，温度为室温，时间10~30s。[0033]碱蚀:使用50~150g/L的NaOH溶液去除酸洗步骤产生的残留物，温度为70~100。。，时间 3 ~15min。
[0034]阳极氧化:使用的电解液配方为NaOHlO~100g/L、Na2Si0310~100g/L和柠檬酸三钠2~30g/L。使用频率为400Hz，正向脉冲占空比5%，负向脉冲占空比10%，正向脉冲电流密度2A/dm2，负向脉冲电流密度2A/dm2，温度20°C，时间lOmin，得到厚度为8 μ m、乳白色的阳极氧化膜。
[0035]干燥:温度80~120°C，时间10~30min。
[0036]实施例三
[0037]一种镁合金阳极氧化方法，包括如下步骤:
[0038]脱脂:使用Na3PO4IO ~30g/L、Na2C0310 ~50g/L、0P_102 ~10ml/L 清洗镁合金试样，去除镁合金表面的油污，温度40~60°C,时间5~15min。
[0039]酸洗:使用3~10%的稀硝酸溶液去除镁合金表面氧化物及其它污物,温度为室温，时间10~30s。
[0040]碱蚀:使用50~150g/L的NaOH溶液去除酸洗步骤产生的残留物，温度为70~100。。，时间 3 ~15min。
[0041]阳极氧化:使用的电解液配方为NaOHlO~100g/L、Na2Si0310~100g/L和柠檬酸三钠2~30g/L。使用频率为400Hz，正向脉冲占空比10%，负向脉冲占空比5%，正向脉冲电流密度I A/dm2，负向脉冲电流密度lA/dm2，温度20°C，时间15min，得到厚度为5 μ m、乳白色的阳极氧化膜。
[0042]干燥:温度80~120°C，时间10~30min。
[0043]实施例四
[0044]测量经本发明的方法处理后的镁合金试样的腐蚀电位、腐蚀电阻和极化电阻并与未经本发明方法处理的试样进行对比，测量的极化曲线见图2，根据图2得出的具体数据见表1。
[0045]表1.极化曲线对应的电化学参数
[0046]
【权利要求】
1.一种镁合金阳极氧化方法，其特征在于:依次包括脱脂、酸洗、碱蚀、阳极氧化、干燥步骤，所述阳极氧化步骤中使用的脉冲电源输出交流方波脉冲，使用的脉冲频率为50~500Hz,正向脉冲占空比为5%~40%，负向脉冲占空比为5%~40%，正向脉冲电流密度为0.5~5A/dm2,负向脉冲电流密度0.5~5A/dm2。
2.如权利要求1所述的镁合金阳极氧化方法，其特征在于:所述阳极氧化步骤中镁合金浸入的电解液中包括NaOHlO~100g/L、Na2SiO3IO~100g/L、柠檬酸三钠2~30g/L。
3.如权利要求1所述的镁合金阳极氧化方法，其特征在于:所述阳极氧化步骤在温度为5~40°C条件下进行，时间为5~30min。
4.如权利要求1所述的镁合金阳极氧化方法，其特征在于:所述脱脂步骤中用于清洗镁合金的脱脂液中包括Na3PO4IO~30g/L、Na2CO3IO~50g/L、0P-102~10ml/L，在温度40~60°C条件下进行，时间为5~15min。
5.如权利要求1所述的镁合金阳极氧化方法，其特征在于:所述酸洗步骤中将镁合金用质量分数为3~10%的稀硝酸溶液清洗，在室温下进行，时间10~30s。
6.如权利要求1所述的镁合金阳极氧化方法，其特征在于:所述碱蚀步骤中将镁合金浸入50~150g/L的NaOH溶液，在温度为70~100°C条件下反应3~15min。
7.如权利要求 1所述的镁合金阳极氧化方法，其特征在于:所述干燥步骤在温度80~120°C条件下干燥，时间为10~30min。
【文档编号】C25D11/30GK103911645SQ201410150157
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年4月15日 优先权日:2014年4月15日
【发明者】沈钰, 陈秋荣 申请人:中国科学院嘉兴轻合金技术工程中心