[发明专利]镁及镁合金环保型阳极氧化电解液及其应用

说明书

本发明涉及镁及镁合金环保型阳极氧化电解液及其应用。具体而言，本发明的阳极氧化电解液具有无铬、磷、氟及其它对环境和人类健康有毒有害成分的特点；基于此电解液的阳极氧化处理能在镁及镁合金表面形成外表美观的银灰色均匀光滑膜层。该膜层能显著提高镁及镁合金表面的耐腐蚀性能。由于具有多孔结构，该膜层能为进一步涂覆的有机涂层如油漆、涂料等提供优良基底，同时也为各种着色处理提供了有利条件，能满足不同装饰目的的要求。

镁是最轻(密度1.4-1.9kg/dm³)和最易机加工的结构金属，具有许多优异性能，如强度/重量比(铸造镁合金)和硬度/重量比(锻造镁合金)高，可铸性、可焊性和延展性好，导热导电能力强，尺寸稳定性高，对震动、噪音的缓冲能力强，对晶间腐蚀和应力腐蚀破裂(SCC)的敏感度低等。因此，在许多领域，尤其是在那些减轻重量具有重大意义或有特殊技术要求的领域，如汽车、航空航天、电子、军事以及核能等工业部门，镁作为结构材料使用具有广阔的前景。然而，镁的化学活性带来的腐蚀问题，却成为制约其发挥应有优势的一个主要因素。因此，增强镁的耐蚀性具有重要的现实意义。

增强镁耐蚀性的途径包括开发高纯合金或新合金、快速凝固处理、表面改性以及施加防护层等，其中施加防护层在镁的防护中起着主要作用。镁及镁合金的表面防护层主要有两类，即化学转化膜层和有机涂层。化学转化是通过化学或电化学反应在基体金属表面形成防护膜层的方法。其中前者实际应用最多的是铬酸盐转化，但这种工序会给环境和人类健康带来危害。电化学方法是基于电化学作用改善金属表面一个或多个性质的理想方法，包括阳极氧化和电沉积，其中阳极氧化是镁及镁合金最常用的表面防护处理技术。

阳极氧化技术产生于20世纪20年代。所谓阳极氧化，就是以金属为阳极，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。Al、Mg、Ti、Ta、V和Zr等金属及其合金都能进行阳极氧化处理生成保护膜。有关镁阳极氧化的研究始于1951年以前，然而1951年以后HAE和Dow17工艺的相继出现才使阳极氧化技术在镁防护处理中的实际应用成为可能。此后，经过半个多世纪的探索，镁阳极氧化技术获得了一定发展。特别是近年来，随着国际结构材料市场对镁材需求的逐渐扩大，镁阳极氧化技术的开发和利用再次成为西方发达国家的研究热点。

影响镁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、pH值及处理时间等。其中电解液组分直接关系到镁阳极氧化的成败，强烈地影响镁阳极氧化成膜过程及膜层性能。即使对于成膜电解液，其组分不同，阳极氧化现象如火花放电时火花形成和移动的速度、保持连续火花的电位以及形成固定火花的趋势不同，电压、电流行为不同，所得膜层的颜色、质地(如微孔尺寸和粗糙度)、厚度、化学组成以及电化学性质等也不同，因此进行阳极氧化处理时电解液组分的选择至关重要。

到目前为止，镁及镁合金阳极氧化所用电解液大致可以分为两类。第一类为以含Cr(VI)化合物为主要组分的电解液，如欧美Dow17、Dow9、GEC和Cr-22等传统工艺及日本Mx5、Mx6工业标准所用电解液；第二类为以磷酸盐和/或氟化物为主要组分的电解液，如HAE及美国专利4744872，4976830，4978432，5385662，5792335等申请所述电解液。

上述电解液存在的问题是，含Cr(VI)化合物及氟化物对环境及人类健康有着不同程度的危害，磷酸盐的使用对水资源会造成较大程度的污染。随着人类社会的进步及地球水资源危机的加重，保护环境、保护地球水资源，实现可持续发展的呼声日益高涨。

为避免上述问题，顺应人类社会可持续发展的要求，本发明的目的之一在于提供一种对环境及人类健康无毒、无害、无污染的镁及镁合金环保型阳极氧化电解液。

本发明的另一目的在于提供一种镁及镁合金环保型阳极氧化电解液的应用，即应用所述电解液进行阳极氧化处理以及随后在硅酸盐溶液中进行封孔处理，从而在镁及镁合金表面形成能显著提高其耐腐蚀性能且外表美观的银灰色均匀光滑膜层。

本发明的方案是：