一种微弧氧化陶瓷膜及其制备方法与流程

本发明涉及微弧氧化领域，特别涉及一种微弧氧化陶瓷膜及其制备方法。

背景技术：

近年来，镁合金由于其优越的强度重量比、良好的电磁屏蔽性和可铸性，已越来越多地运用于电子产品的外壳，如笔记本、移动电话等，但这同时对镁合金的耐腐蚀性，散热性，抗老化，延长使用寿命等提出了更高的要求。

微弧氧化是目前最有前景和高效的可提高镁合金抗腐蚀性能的表面处理方法之一，它通过使用不同的环境友好型电解液，在镁合金表面形成一层厚并有优良粘合性的陶瓷层，提高镁合金的耐腐蚀性和使用寿命。

目前微弧氧化陶瓷膜的外观颜色除了白色，只有灰色和黑色，使得微弧氧化在商业产品的应用上受到局限，因此提供一种散热性能好、耐腐蚀性强和带有颜色的微弧氧化陶瓷膜是非常有必要的。

技术实现要素：

镁合金经过微弧氧化处理后形成了一层具有微孔结构的保护性陶瓷层，陶瓷层具有更高的热辐射系数，从而能够提高镁合金通过热辐射方式进行散热的效率。

本发明提供一种微弧氧化陶瓷膜及其制备方法，通过在镁合金表面形成一层微弧氧化陶瓷膜，提高镁合金表面耐腐蚀性能、散热性能和解决陶瓷膜颜色单一的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术手段：一种微弧氧化陶瓷膜的制备方法，包括微弧氧化处理和封孔处理，具体包括以下几个步骤：

S1将硅酸盐、磷酸盐和氢氧化物放入同一容器中，用去离子水溶解，再加入包含甘油和钨酸盐的添加剂，制得微弧氧化电解液；

S2将样品浸入S1制得的电解液中，进行微弧氧化处理，在样品表面形成陶瓷膜；

S3将经过微弧氧化处理后的样品进行清洗、干燥；

S4将经过S3处理后的样品放入封孔液中进行封孔处理；

S5 再讲S4得到的样品进行干燥，即可在样品表面形成性能好的微弧氧化陶瓷膜。

作为本发明的进一步改进，S1中硅酸盐为硅酸钠，磷酸盐为磷酸钠，氢氧化物为氢氧化钠；所述硅酸钠的浓度为20g/L-30 g/L，所述磷酸钠的浓度为5g/L-30 g/L，所述氢氧化钠的浓度为3 g/L-6 g/L；添加剂包含5 g/L-10 g/L的甘油和0.5 g/L-2 g/L的钨酸盐。

作为本发明的进一步改进，进行微弧氧化处理时，电解液中电流的密度为0.03A/cm²-0.17 A/cm²，脉冲频率为为500Hz-2600Hz，处理时间为240秒-720秒；经过处理后，镁合金表面形成一层具有化学和机械防护性能的陶瓷层，获得的微弧氧化陶瓷膜的厚度为5um-40um。

作为本发明的进一步改进，S3中微弧氧化处理后的样品用去离子水和100%乙醇清洗，清洗5s-10s；S5对经封孔处理后的样品进行干燥处理，温度为60℃-100℃，时间为40min-70min。

特别的，所述的封孔液包含10g/L-20g/L 的Na₂SiO₃‧9H₂O、2g/L-6g/L的 Ni(CH₃COO)₂‧4H₂O、0.5g/L-2g/L 的H₃BO₃、0.5g/L-2g/L 的硫脲和去离子水，室温下将样品浸入封孔液10min-60min，得到一种抗腐蚀性能为9级，散热性不小于辐射测试系数0.87的微弧氧化陶瓷膜。

特别的，所述的封孔液包含10g/L-15 g/L的 Ce(NO₃)₃‧6H₂O、0.5-1.2 g/L 的35%H₂O₂、0.6 g/L -1.2 g/L 的H₃BO₃，将样品放入封孔液中，封孔液温度为20℃-50℃，处理时间为20min-180min，得到一种抗腐蚀性能为9级，散热性不小于辐射测试系数0.87且颜色为PANTONE P 4-15U号色的微弧氧化陶瓷膜。

本发明的有益效果：

1．通过配置微弧氧化电解液，使镁合金通过微弧氧化处理之后在表面形成一层散热性强的陶瓷膜，提高镁合金的散热效率；

2．在微弧氧化电解液中添加了包含甘油和钨酸盐的添加剂，改变了陶瓷膜的成分，增强了陶瓷膜的抗腐蚀性，从而增加了镁合金的抗腐蚀性，延长了使用寿命；

3．通过封孔液进行封孔处理，使陶瓷膜的致密度提高，进一步提升了镁合金的抗腐蚀性，同时解决目前市面上微弧氧化陶瓷膜颜色单一的问题；

4．本发明提供一种微弧氧化陶瓷膜的制备方法，相对于普通的微弧氧化复合膜技术，本发明具有环保、耐腐蚀性能高、散热性能更好等特点，可广泛应用于电子市场。

附图说明

图 1和图2分别是微弧氧化处理后的镁合金表面的SEM图像和基于铈封孔溶液封孔后的微弧氧化处理过的镁合金样品表面的SEM图像；

图3是通过基于铈封孔液制备的黄色微弧氧化封孔处理的镁合金样品， 样品的颜色为标准颜色代码PANTONE P 4-15U号色；

图4和图5分别是90℃时未处理镁合金试样和微弧氧化表面处理后的镁合金试样的远红外辐射系数。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例进一步详细说明本发明。除非特别说明，本发明采用的试剂、设备和方法为本技术领域常规市购的试剂、设备和常规使用的方法。

实施例一：制备散热性和耐腐蚀性能强的微弧氧化陶瓷膜

步骤1，配制微弧氧化电解液

首先，将30g/L的硅酸纳，8g/L的磷酸纳和5g/L的氢氧化纳，加入不锈钢容器，用去离子水溶解。然后添加6g/L甘油和1g/L的钨酸钠做为添加剂。

步骤2，微弧氧化处理

试验中使用的样品为商业级镁合金AZ31B，其他镁合金（如AZ91D），镁含量为88%以上的也适用于本发明。样品尺寸为30 mm×30 mm×1 mm。将样品浸入以上所述的溶液中进行微弧氧化处理，实施的电流密度为0.15 A/ cm² ，脉冲频率为1500Hz，持续时间720秒。经过处理后，镁合金表面形成一层具有化学和机械防护性能的陶瓷层，陶瓷层的厚度为30um。

步骤3，清洗干燥处理

室温下，将经过微弧氧化处理的样品在去离子水洗涤，然后浸入100%乙醇中，时间8秒，最后在烘烤箱内干燥，干燥的温度为70℃，时间15min。

步骤4，封孔处理

所述的另一种封孔处理方法是将样品浸入15g/L Na₂SiO₃‧9H₂O，5g/L Ni(CH₃COO)₂‧4H₂O，0.5g/L H₃BO₃和1.0 g/L硫脲及去离子水配制而成的溶液中，使用前将所述溶液静置2小时，将所述微弧氧化样品在室温下浸入上述封孔液中50min，通过此法能够封住上述微弧氧化表面的微孔。

步骤5，干燥处理

将所述经过封孔处理的样品进行干燥处理，温度为100℃，时间为50min。

实施例二：制备色号为PANTONE P 4-15U的微弧氧化陶瓷膜

步骤1，配制微弧氧化电解液

首先，将25g/L的硅酸纳，10g/L的磷酸纳和3g/L的氢氧化纳，加入不锈钢容器，用去离子水溶解。然后添加5g/L甘油和1g/L的钨酸钠做为添加剂。

步骤2，微弧氧化处理

试验中使用的样品为商业级镁合金AZ31B，其他镁合金（如AZ91D），镁含量为88%以上的也适用于本发明。样品尺寸为30 mm×30 mm×1 mm。将样品浸入以上所述的溶液中进行微弧氧化处理，实施的电流密度为0.1 A/ cm² ，脉冲频率为600Hz，持续时间240秒。经过处理后，镁合金表面形成一层具有化学和机械防护性能的陶瓷层，陶瓷层的厚度为10um。

步骤3，清洗干燥处理

室温下，将经过微弧氧化处理的样品在去离子水洗涤，然后浸入100%乙醇中，时间6秒，最后在烘烤箱内干燥，干燥的温度为60℃，时间20min。

步骤4，封孔处理

第一种方法是将清洗干燥后的样品浸入10g/L Ce(NO₃)₃‧6H₂O，0.6g/L 35%H₂O₂，1.0g/L H₃BO₃所配成的溶液中，浸渍过程中保持所述溶液温度为30℃，并持续时间为40min。通过此法能够封住上述微弧氧化表面的微孔，并使样品颜色变为标准颜色代码PANTONE P 4-15U号色。

步骤5，干燥处理

将所述经过封孔处理的样品进行干燥处理，温度为80℃，时间为60min。

图 1和图2分别是微弧氧化处理后的镁合金表面的SEM图像和基于铈封孔溶液封孔后的微弧氧化处理过的镁合金样品表面的SEM图像；图3是通过基于铈封孔液制备的黄色微弧氧化封孔处理的镁合金样品， 样品的颜色为标准颜色代码PANTONE P 4-15U号色；图4和图5分别是90℃时未处理镁合金试样和微弧氧化表面处理后的镁合金试样的远红外辐射系数。

以上所述本发明的具体实施方法，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。