[发明专利]金属材料的表面糙化方法

说明书

技术领域

本发明属于材料加工工程技术领域，尤其涉及一种金属材料的表面糙化方法。

背景技术

表面改性是材料重要的应用技术之一，在节约材料制造成本、提升材料使役性能、拓展材料应用领域等方面发挥着巨大作用。以金属材料为例，从传统的碳素钢到现代的以镁、铝、钛等为代表的新材料，其应用无不与表面改性技术的发展密切相关。

表面糙化是改善材料表面微观几何形状，提高材料显微粗糙程度的表面处理技术，是保证产品加工质量的重要环节。如涂装（包括静电喷涂、电泳、热喷涂和刷涂等）、化学镀、电镀、阴极沉积等处理前，均需对工件进行表面糙化预处理，以确保改性层的使役性能，尤其是与基体之间的结合力。现有的金属材料表面糙化方法主要包括化学法和物理法，存在以下主要问题：其一，化学法过度依赖强酸（如硫酸、硝酸、磷酸或其混合物等）、强碱（如氢氧化钠）等强侵蚀性化学试剂的使用，不仅不具备生态友好性，对操作人员、厂房及设备的危害极大，而且副产物（氢气）有爆炸隐患，影响安全生产；其二，物理法（如喷丸、喷砂等）存在设备及原材料成本高、能耗大、对几何形状复杂工件的处理能力极为有限等主要弊端。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的主要问题，提供一种金属材料表面糙化新方法。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种金属材料的表面糙化方法，即：在电解液中对金属材料制品进行阳极极化，利用阳极溶解作用提高金属材料制品的表面粗糙度；所述电解液为0.02-100g/L氯化钠的水基溶液；所述阳极极化的方式为外加电流或偶接阴极性异种金属材料。

所述阳极极化的极化电位位于金属材料的活性溶解区所对应的电位区间内。

当采取所述外加电流的方式进行阳极极化时，以等面积的相同材料的金属材料制品为对电极。

所述氯化钠用硝酸钠、硫酸钠、氯化锂、硝酸锂、硫酸锂、氯化钾、硝酸钾、硫酸钾、氯化铵、硝酸铵、硫酸铵、氯化镁、硝酸镁、硫酸镁或其中两种以上混合物部分或全部代替。

虽然阳极极化对基体材料同时具有“去活”作用，但本发明阳极极化的目的，仍以提高材料表面粗糙度即实现“表面糙化”为主。所谓“去活”，是指利用阳极极化的选择性溶解作用将基体表层电化学活性更高的微阳极溶解“挖除”，留下电化学惰性更强的微阴极。在含侵蚀性离子如氯离子、硝酸根离子或硫酸根离子的电解液中进行阳极极化处理，金属材料的表层金属原子将离子化，即发生阳极溶解。由于成分、微观结构等的不均匀性，基体微区溶解过程不均匀进行，阳极溶解作用表现出选择性，即微阳极区优先溶解，因此，客观上，阳极极化对基体具有显著的糙化作用。

若选择偶接阴极性异种金属材料的方式进行阳极极化处理，则只需将工件（金属材料制品）与异种金属材料直接浸入电解液中即可。所谓“偶接”，是指将工件（金属材料制品）与异种金属材料直接连接，如焊接、铆接，或通过导线连接；所谓“异种金属材料”，是指同一介质环境下开路电位（腐蚀电位）与工件（金属材料制品）不同的金属材料；“阴极性”是指开路电位更正，因此在电解液中易将偶接材料阳极极化而自身被阴极极化的特性。这种阳极极化的优点是无需外加电源，极化稳定，成本低；不足之处是驱动力有限，处理效率不高。

若选择外加电流的方式进行阳极极化处理，则电源可在直流、交流或脉冲电源中进行选择。虽然也可以按照常规做法，使用不锈钢、石墨或铂片等惰性材料作为对电极，而采取“以等面积的相同材料的制品为对电极”即“对等双极”的策略，则既可避免异质对电极对电解液潜在的污染危害，又可在对称交流或脉冲电源的作用下，确保两极工件同步获得近乎一致的处理效果，成倍提高阳极极化处理的效率，从而最大程度地实现节能、增效的目的。当然，以与工件相同的材料作为对电极材料使用时，对电极的面积也可以与工件面积不同。阳极极化时电参数控制模式包括恒流、恒压（恒电极电位），或以一定的扫描速度在一定的电极电位区间内动电位线性扫描或循环扫描。电压/电流幅值、频率及其占空比、处理时间等具体工艺参数，则可根据对处理效果的不同要求进行灵活控制。

研究结果表明，阳极极化电解液中氯化钠浓度过低时，溶液电阻率过高，即使延长处理时间，使用高电流密度/高电压（外加电流阳极极化情况下），也无法获得令人满意的处理效果；浓度过高，原料成本增加的同时对处理效果的改善并无明显益处，因此，宜将氯化钠的浓度控制在0.02-100g/L的范围。阳极极化时，电解液温度可控制在1-85℃；处理时间则可根据施加电参数的大小，电解质浓度的高低，以及表面糙化程度的具体要求等进行灵活控制。