专利名称：Mg-Li合金的等离子体电解氧化方法
技术领域：
本发明提供的是一种Mg-Li合金表面的处理方法。具体涉及镁锂合金进行 等离子体电解氧化表面处理的电解液。
(二)
背景技术：
地球环境日益恶化，资源和不可再生能源逐渐减少，促使未来工艺和产品 面向生态和环保。轻型、可回收利用，并具有良好成形性和机械性能是新世纪 合金材料发展的必然趋势。具有低密度、高比强度比刚度、优良的抗振性能及 抗高能粒子穿透能力的Mg-Li合金无疑有着极大的优势，而其耐腐蚀性能差是 制约其广泛应用的主要因素。因此镁锂合金的表面处理技术对其实际应用具有
重要意义，可以为实现超轻镁锂合金在航空航天、汽车、武器装备、电子等高 技术领域的应用奠定坚实的理论基础和可靠的技术路线，以满足航空航天领域 和国民经济领域追求轻量化对超轻合金的强烈需求。
等离子体电解氧化是在阳极氧化的基础上，通过高压微等离子体放电在A1、 Mg、 Ti等阀金属表面原位生长陶瓷氧化膜的方法。所生成的高性能陶瓷膜在很 大程度上提高了合金基体的耐磨性、耐冲击性、耐蚀性和绝缘性。等离子体电 解氧化所独具的工序简单、效率高、对环境无污染等特点使其成为最具发展潜 力的表面处理技术。目前镁锂合金表面的处理方法主要包括化学镀镍、阳极氧 化、化学转化膜、激光离子注入等。国内外的等离子体电解氧化技术主要应用 于Al、 Mg、 Ti合金及镁基复合材料，对镁锂合金的等离子体电解氧化技术尚 未见报道。
(三)
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效、低成本、对环境无污染、能够显著提高 Mg-Li合金耐腐蚀性能的Mg-Li合金的等离子体电解氧化方法。 本发明的目的是这样实现的 (1)前处理
将镁锂合金依次用220#、 1000#、 200(^的SiC砂纸将表面打磨光泽至表面划
痕方向一致，然后在丙酮中超声处理，经蒸馏水和乙醇冲洗后用冷风吹干，置入 干燥器中待用；
(2)等离子体电解氧化
电解液组成为硅酸盐10—50g/L、铝酸钠3—20g/L、氢氧化钠l一10g/L、 三乙醇胺10—50mL/L加蒸馏水至1L，调节pH值为12—14，将配制好的电解 液倒入作为阴极的不锈钢槽中，合金样品作为阳极，采用直流脉冲电源输出方 式对Mg-Li合金进行等离子体电解氧化处理，取出用蒸馏水清洗，用冷风吹干。
所述的进行等离子体电解氧化处理的条件为脉冲频率2000Hz、占空比 15%、电流密度5A/dm2、氧化时间8min。
本发明首次采用硅酸盐-铝酸盐复合电解液对镁锂合金进行等离子体电解 氧化处理，通过实验选择合适的工艺参数脉冲频率2000Hz、占空比15%、电 流密度5A/dm2、氧化时间8min，在镁锂合金表面原位生长出陶瓷膜。使用该 电解液进行等离子体电解氧化过程中，样品表面火花分布均匀致密，所生成的 氧化膜与基体结合良好，显著的提高了镁锂合金基体的耐腐蚀性能，为实现高 性能镁锂合金的广泛应用奠定了基础。
结果分析
1、电压一时间曲线
结合图2给出的时间-电压曲线分析可知Mg-Li合金在硅酸盐-铝酸盐中 的等离子体电解氧化过程大致可分为四个阶段。起初的60s内，电压呈线性增 长，此阶段为普通的阳极氧化阶段。在该阶段，最初Mg-Li合金基体首先发生 溶解，金属光泽逐渐消失，同时在合金与电解液界面间形成很薄的介电阻挡层， 当电压达到击穿电压时，样品表面出现大量白色细小的火花，随着电压的增加， 火花数目不断增加，在此期间电压增加速率较快；随后等离子体电解氧化进入 过渡阶段(60s-240s)，此阶段样品表面火花分布均匀，火花数量稍有减少，颜色 由白色变为黄色，电压生长速率降低。经过3分钟等离子体电解氧化处理后， 进入微弧氧化阶段(240s—780s)，此阶段样品表面火花尺寸增大，颜色由黄色变 为橘红色，放电现象十分强烈，并伴有爆鸣声，电压增加速率较前一阶段有所 降低。历时9分钟后进入弧放电阶段(780s-990s)，样品表面的橘红色火花变得 稀疏，开始出现少量更大的红色火花，这些弧点不再移动，而是停留在某一部 位连续放电。此时电压随时间的变化趋于平稳，进入相对稳定阶段。
2、 SEM分析
图3是硅酸盐-铝酸盐电解液中等离子体电解氧化后覆膜合金的扫描电镜照
片。分析结果表明通过等离子体电解氧化在Mg-Li合金表面生成一层多孔陶
瓷膜，陶瓷层上的微孔分布均匀且孔径较为均一，几乎没有裂纹产生。这些微 孔既是溶液与基体的反应通道也是等离子体电解氧化时产生的熔融态氧化物喷 出的通道。陶瓷膜表面的微孔被熔融的氧化物包围，这是由于放电产生的氧化 物被周围的电解液快速冷却所致。在等离子体电解氧化放电状态下，生成的熔 融氧化物不断从氧化层薄弱的位置喷出、迅速凝固并相互结合而增厚，随着氧 化时间的延长，表面的颗粒逐渐粘结在一起，形成层叠状的多孔等离子体电解 氧化陶瓷层。
3、 XRD分析
图4是Mg-Li合金基体(a)及硅酸盐-铝酸盐电解液中等离子体电解氧化后覆 膜合金(b)的XRD谱图。由图可知Mg-Li合金基体主要由基体Mg， CeAl2、 Mg17Ce2、 A^Mg2和MgZn2等金属间化合物组成。与基体比较，覆膜合金出现 了晶相的MgO、 MgSi03和MgAl204的衍射峰。由于等离子体电解氧化处理后 得到的多孔氧化膜层较薄，X射线能够穿透膜层从而使覆膜合金的XRD谱图中 出现了 Mg-Li合金基体的衍射峰。同时因为基体衍射峰较强，而使得膜层中 MgSi03和MgAl204的衍射峰峰强较弱。
4、 电化学性能分析
利用动电位极化和交流阻抗考察了 Mg-Li合金基体以及等离子体电解氧化 后得到的覆膜合金在3.5 wt.%NaCl溶液中的耐蚀性能。图5和表1分别给出了 极化曲线及其拟合后的电参数，与Mg-Li合金基体相比，硅酸盐-铝酸盐电解液 体系下的等离子体电解氧化膜的腐蚀电位正移了 270mV，腐蚀电流降低3个数
量级，极化电阻增大了2个数量级。极化电阻i p和腐蚀电流密度/e。rr是评价膜
层耐蚀性能的主要参数。z'c。n越小，/ p越大，说明膜层的耐腐蚀性能越好。图6 Mg-Li合金基体(a)及硅酸盐-铝酸盐电解液中覆膜合金(b)的Nyquist图也表明， 在硅酸盐-铝酸盐电解液体系中得到的氧化陶瓷层的耐蚀性能得到了显著提高。
图1是Mg-Li合金等离子体电解氧化装置示意图2是硅酸盐-铝酸盐电解液中等离子体电解氧化过程的电压一时间曲线；
图3是硅酸盐-铝酸盐电解液中等离子体电解氧化后覆膜合金的扫描电镜照
片；
图4是Mg-Li合金基体及硅酸盐-铝酸盐电解液中等离子体电解氧化后覆膜 合金的XRD谱图5是Mg-Li合金基体(a)、硅酸盐-铝酸盐电解液中覆膜合金(b)的动电位 极化曲线；
图6是Mg-Li合金基体(a)、硅酸盐-铝酸盐电解液中覆膜合金(b)的Nyquist
图7是动电位极化曲线拟合的电化学参数表。 具体实施方式
具体实施方式
一
(1) 前处理
将镁锂合金线切割得到的圆柱体(15mmxl6mm)依次用220#、 1000#、 2000# 的SiC砂纸将试样表面打磨光泽至表面划痕方向一致，然后在丙酮中超声处理， 经蒸馏水和乙醇冲洗后用冷风吹干，置入干燥器中待用；Mg-Li合金进行前处 理的主要目的是去除Mg-Li合金表面的氧化物和油脂。
(2) 等离子体电解氧化
将经过前处理的Mg-Li合金置于等离子体电解氧化系统的电解液中；结合图 1，等离子体电解氧化系统的组成包括.直流脉冲电源1、.控制器2、外循环冷却 水、曝气管4、阳极工件5和不锈钢阴极电解液6;电解液组成为硅酸盐10— 50g/L;铝酸钠3-20 g/L;氢氧化钠l一10g/L;三乙醇胺10 — 50mL/L;蒸馏水1 一3L;调节pH值为(12 — 14); Mg-Li合金样品作为阳极，挂件与Mg-Li合金之 间用螺纹连接，不锈钢槽作为阴极，并用导线连接好，采用直流脉冲电源输出方 式对合金进行等离子体电解氧化处理；样品完全浸入等离子体电解氧化电解液， 电源调到直流脉冲档，采用恒流等离子体电解氧化模式，脉冲频率2000Hz，占 空比15%，电流密度5A/dm2，氧化时间8min。
具体实施方式
二
(1) Mg-Li合金表面的预处理
将镁锂合金线切割得到的圆柱体(15mmxl6mm)依次用220#、 1000#、 2000# 的SiC砂纸将试样表面打磨光泽至表面划痕方向一致，然后在丙酮中超声处理，
经蒸馏水和乙醇冲洗后用冷风吹干，置入干燥器中待用。 (2)等离子体电解氧化
将经过前处理的Mg-Li合金置于等离子体电解氧化的电解液中；电解液组 成为硅酸盐10 — 50g/L;铝酸钠3-20g/L;氢氧化钠l一10g/L;三乙醇胺10
一50mL/L;蒸馏水1一3L;调节pH值为(12—14); Mg-Li合金样品作为阳极， 挂件与Mg-Li合金之间用螺纹连接，不锈钢槽作为阴极，并用导线连接好，采 用直流脉冲电源输出方式对合金进行等离子体电解氧化处理；样品完全浸入等 离子体电解氧化电解液，电源调到直流脉冲档，采用恒流等离子体电解氧化模 式，调节脉冲频率2000Hz，占空比15%，电流密度5A/dm2，氧化处理8min， 将等离子体电解氧化后的Mg-Li合金样品取出，用蒸馏水清洗、冷风吹干。
权利要求
1、一种Mg-Li合金的等离子体电解氧化方法，其特征是(1)前处理将镁锂合金依次用220#、1000#、2000#的SiC砂纸将表面打磨光泽至表面划痕方向一致，然后在丙酮中超声处理，经蒸馏水和乙醇冲洗后用冷风吹干，置入干燥器中待用；(2)等离子体电解氧化电解液组成为硅酸盐10-50g/L、铝酸钠3-20g/L、氢氧化钠1-10g/L、三乙醇胺10-50mL/L加蒸馏水至1L，调节pH值为12-14，将配制好的电解液倒入作为阴极的不锈钢槽中，合金样品作为阳极，采用直流脉冲电源输出方式对Mg-Li合金进行等离子体电解氧化处理，取出用蒸馏水清洗，用冷风吹干。
2、 根据权利要求1所述的Mg-Li合金的等离子体电解氧化方法，其特征是 所述的进行等离子体电解氧化处理的条件为脉冲频率2000Hz、占空比15%、 电流密度5A/dm2、氧化时间8min。
全文摘要
本发明提供的是一种Mg-Li合金的等离子体电解氧化方法，其特征是镁锂合金经处理，再进行等离子体电解氧化，电解液组成为硅酸盐10-50g/L、铝酸钠3-20g/L、氢氧化钠1-10g/L、三乙醇胺10-50mL/L加蒸馏水至1L，调节pH值为12-14，将配制好的电解液倒入作为阴极的不锈钢槽中，合金样品作为阳极，采用直流脉冲电源输出方式对Mg-Li合金进行等离子体电解氧化处理，取出用蒸馏水清洗，用冷风吹干。利用本发明制备的等离子体电解氧化陶瓷膜表面呈陶瓷外观且与基体结合牢固，膜层的相组成中增加了晶态MgSiO<sub>3</sub>和MgAl<sub>2</sub>O<sub>4</sub>相，同时耐腐蚀性能得到较大提高。
文档编号C25D11/30GK101348932SQ20081013701
公开日2009年1月21日 申请日期2008年8月27日 优先权日2008年8月27日
发明者刘婧媛, 一 卢, 张密林, 景晓燕, 艺 袁 申请人:哈尔滨工程大学