[发明专利]一种镁基微弧氧化电解液及其微弧氧化方法

说明书

技术领域

本发明属于表面涂层涂覆技术，具体涉及一种镁基微弧氧化电解液及其微弧氧化方法。

背景技术

镁及镁合金具有质轻，高比强度、比刚度，良好的导热性、导电性、减震性能、电磁屏蔽性能、铸造性能以及回收性好等特点，因而被广泛应用于汽车制造、航空航天、电子、光学仪器、电信、交通等领域。然而，镁的标准电极电位极负，耐蚀性能很差，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，镁遭腐蚀破坏非常严重。此外，镁及镁合金表面硬度低、耐磨性差。

微弧氧化是在阳极氧化基础上发展起来的一种在有色金属表面制备陶瓷膜的表面处理新技术，它通过微区瞬间高温烧结作用直接把基体金属变成氧化物陶瓷，该陶瓷膜结构致密、与基体结合牢固、防腐性能优越、耐磨损、综合性能优良，对环境污染小或没有污染。国内外已有许多科研机构开展了该项技术的研究。综合前人及本课题组所做的工作发现，影响微弧氧化成膜效果的主要因素包括：电解液组分及其浓度，溶液温度、pH值、电参数及处理时间等，其中电解液组分直接关系到微弧氧化的成败，强烈地影响微弧氧化成膜过程及膜层性能。电解液组分不同，微弧氧化现象如微弧形成和移动的速度、保持连续微弧的电位等不同，电压、电流行为不同，所得膜层的颜色、质地、厚度、物相组成以及电化学性质等也不同。因此进行微弧氧化处理时电解液组分的选择至关重要。目前所用的电解液一般为酸性或碱性溶液，而又以碱性溶液占大多数。在酸性溶液中使用Cr⁶⁺(如Dow17)对环境和人身健康有较大的危害。而使用碱性溶液也有其不足，因为击穿电压随着pH值的增加而降低，并且pH值越高越容易形成耐蚀性较差的Mg(OH)₂或MgO膜。鉴于以上考虑，开发一种微弧氧化电解液以及微弧氧化方法在镁基表面制备一层结合牢固、有较厚厚度且致密少孔、硬度高、由耐蚀物相所组成的膜层，是充分发挥其优势、克服其劣势、扩大其应用领域行之有效的办法。

发明内容

为了克服上述不足，本发明的目的在于提供一种镁基微弧氧化电解液及其微弧氧化方法，电解液不含Cr⁶⁺、pH值低，生成的膜有较厚厚度且致密少孔、结合牢固、硬度高、由耐蚀物相组成。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：镁基微弧氧化电解液，氟锆酸盐3～40g/L，以及一种或几种以下物质：草酸0.5～10g/L，磷酸1～20g/L，乙酸盐1～20g/L，磷酸盐3～30g/L，氟化盐0.5～10g/L；

优选配方是下面三种组合之一种：

氟锆酸盐3～40g/L、草酸0.5～10g/L、乙酸盐1～20g/L；

氟锆酸盐3～40g/L、磷酸2～20g/L、磷酸盐3～30g/L；

氟锆酸盐3～40g/L、磷酸2～20g/L、磷酸盐3～30g/L、氟化盐0.5～10g/L；

其中，草酸与乙酸盐的质量浓度比大于或等于1∶3，磷酸与磷酸盐的质量浓度比大于或等于2∶3，上述电解质溶液以去离子水为溶剂。

配制电解液：

在去离子水中，首先按上述配方加入草酸、磷酸中一种，再加入乙酸盐、磷酸盐、氟化盐中的一种或两种，充分搅拌溶解完全，控制溶液pH值小于6，最后再加入氟锆酸盐；

微弧氧化：

以镁或镁合金为阳极、不锈钢为阴极，在上述配好的电解液中，采用脉冲电源，在恒定电压为350～650V、频率为50～2000Hz、占空比为10～40％、阴阳极板间距为8～12cm的条件下进行微弧氧化，在20～40s内加压至350～650V，维持电解液温度为10～40℃，处理时间为5～90min。

本发明所用的电解液不含Cr⁶⁺，对环境没有太大的污染。所得的膜层，表面光滑、陶瓷外观、致密少孔、由耐蚀物相组成，厚度为10～130μm，结合强度为25～40MPa，表面硬度为400～1050Hv。

本发明具有如下优点：

1.本发明的微弧氧化电解液不含对人体和环境危害很大的Cr⁶⁺，溶液成分简单，易于控制，不含易分解成分，工艺稳定。

2.采用本发明制得的膜层，表面光滑、陶瓷外观、有较厚厚度且致密少孔、结合牢固、硬度高、由耐蚀物相组成。

3.本发明原料易得、价格低廉，恒压氧化、操作简单，适于工业化生产。

附图说明

图1使用本发明处理的试样表面微弧氧化膜SEM形貌图