[发明专利]通过等离子电解氧化在轻质金属基材表面制备涂层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过等离子电解氧化技术在基体材料表面制备涂层的方法。

背景技术

轻质金属表面的等离子电解氧化(plasma-electrolytic oxidation)是一种已知的工艺过程。该过程主要用来提供具有防腐蚀和抗磨损作用的坚硬的陶瓷层。等离子电解氧化的先决条件是在电解质中形成氧化层(电介质)。维持一定的电流就能够引起电压的增加并放电。如此，轻质金属部件的表面就被转化成陶瓷基质。这通常需要至少250V的电势，使得部件的表面发生火花放电；产生局部的等离子体。如此涂层的形成是通过微放电作用，其使得基体材料与电解质和轻质金属的反应产物发生熔化并且熔结而形成结晶陶瓷。碱性硅酸盐或磷酸盐溶液主要被用作电解质。

通过等离子电解氧化在轻质金属部件上形成涂层之方法的相关描述已见诸于文献，例如，C.Blawert et al.，Advanced Engineering Materials 2006，8，No.6，pages 511 to 533，其通过参考引用在此并入本文。

颗粒有时也可被结合进涂层。例如，Srinivasan et al.，Surface Engineering2010，Vol.26，No.5，pages 367 to 370的文献中描述了在添加TiO₂固体的碱性磷酸盐溶液中Am50型镁合金的涂层技术。这些颗粒被结合进来以形成结晶层(部分地)。

发明内容

本发明的一个目的在于实现对于由轻质金属或轻质金属合金尤其是镁金属或镁合金所组成的基材的防腐技术方面的改进。

上述目的是通过利用等离子电解氧化作用在轻质金属基材的表面形成涂层的工艺方法来实现的，在该方法中，将基材作为电极连同反电极一起浸入电解质液体中，并且施加足够的电势以在基材的表面产生火花放电，其中电解液包含分散于其中的粘土颗粒。经发现，当使用粘土颗粒时，在轻质金属或轻质金属合金表面可以形成非晶的、玻璃质氧化物层。

具体实施方式

粘土材料在工业中是众所周知的。术语“粘土(clay)”是指具有层状结晶结构的层状硅酸盐。优选使用的所述层状硅酸盐选自于由蛭石(vermiculite)、滑石(talc)和蒙脱石(smectites)构成的群组，其中蒙脱石尤其是钠蒙脱石(sodium montmorillonite)、镁蒙脱石(magnesium montmorillonite)、钙蒙脱石(calcium montmorillonite)、铝蒙脱石(aluminum montmorillonite)、囊脱石(nontronite)、贝得石(beidellite)、铬膨润石(volkonskoite)、锂蒙脱石(hectorite)、皂石(saponite)、锌蒙脱石(sauconite)、斯堡卡石(sobockite)、斯蒂文石(stevensite)、斯文弗石(svinfordite)和/或高岭石(kaolinite)。

为了本发明的目的，层状硅酸盐优选为1∶1和2∶1层状硅酸盐。在这些体系中，SiO₄的四面体片层有规律地与M(O，OH)₆的八面体片层相结合。其中M是金属离子例如Al，Mg，Fe。在1∶1层状硅酸盐中，四面体层与八面体层彼此相互结合。其实例为高岭石(kaolin)和蛇纹石(serpentine)的矿物。

在2∶1三片层硅酸盐的情形，两片四面体分别与一片八面体相结合。如果不是所有的八面体位点都被补偿SiO₄四面体和氢氧化物离子的负电荷所需正电荷的阳离子所占有，则会出现带电的片层。这种负电荷是通过在片层之间的空间结合例如钾、钠或锂的一价阳离子或例如钙的二价阳离子来平衡的。有关2∶1层状硅酸盐的例子有滑石(talc)、蛭石(vermiculites)和蒙脱石(smectites)，尤其是包括，蒙脱土(montmorillonite)和锂蒙脱石(hectorite)。

粘土的平均颗粒尺寸(按体积计)优选为1nm至100μm，更优选为10nm至20μm，尤其更优选为50nm至15μm。现有许多已知的测定颗粒大小的方法。激光光散射法(Laser Light Scattering)就是一种常用测定颗粒大小的方法。在该方法中，将要测量的颗粒进行激光辐射，然后测定颗粒通过辐射形成的散射环。激光光散射法利用了散射角大小与颗粒大小成反比的事实。