[发明专利]一种低碳钢表面制备高耐蚀涂层的微弧氧化电解液及其制备方法及用途

说明书

一种低碳钢表面制备高耐蚀涂层的微弧氧化电解液及其制备方法及用途，属于微弧氧化技术领域，该电解液包括：偏铝酸钠5～50g/L、氢氧化钠0.5～20g/L、α‑氧化铝0.5～20g/L、丙三醇1～10ml/L和添加剂0.5～20g/L，添加剂为钼酸钠或者钨酸钠。本发明的优点是：一方面α‑氧化铝为形成氧化铝陶瓷层提供了铝源且α‑氧化铝粒子在微弧氧化过程中因为吸附等作用进入微弧氧化膜层微孔，从而达到封孔的效果；另一方面钼酸钠或者钨酸钠的加入，清除微弧氧化中形成的氧化铁，使制备的微弧氧化氧化膜性能更好，与基体结合更好，表面微孔孔径更小，耐腐蚀性能大大增强。

技术领域

本发明属于微弧氧化技术领域，涉及在含硼低碳钢表面制备高耐腐蚀陶瓷涂层的电解液及其应用方法。

背景技术

微弧氧化是通过电解液与相应电参数的组合，在铝、镁、钛等金属及其合金表面依靠弧光放电产生的瞬时高温高压作用，原位生长出以基体金属氧化物为主的陶瓷膜层。采用微弧氧化技术制备的涂层具有与基体结合牢固，结构致密，韧性高，技术工艺简单、易于操作且环境污染小等优点。是一项全新的绿色环保型材料表面处理技术，在航空航天、机械、电子、装饰等领域具有广阔的应用前景。

目前，微弧氧化技术日益发展，在铝、镁、钛等阀金属及其合金表面工艺日益完善，膜层的性能也日益满足要求。然而对于使用量最大、应用最广泛的钢铁，微弧氧化的应用却并不广泛。主要原因在于钢铁的氧化物不能保护基体，相反会加重腐蚀。因此钢铁表面的微弧氧化，一方面要生成具有防腐的氧化膜涂层，另一方面要抑制钢铁基体的氧化，这是钢铁微弧氧化的技术难点，同时也是研究钢铁表面微弧氧化的方向。Yunlong Wang(YunlongWang,Zhaohua Jiang,Zhongping Yao,Hui Tang,etal.Microstructure and corrosionresistance of ceramic coating on carbon steel prepared by plasma electrolyticoxidation.Surface&Coatings Technology 204(2010)1685-1688.)采用偏铝酸钠与磷酸钠结合的电解液配方，成功在Q235钢表面原位生成相组成主要为铁铝尖晶石和四氧化三铁的氧化膜，但该膜层与基体的结合性比较差，容易脱落。Wenbin Yang(WenbinYang,WeiminLiu,Zhenjun Peng,Baixing Liu,Jun Liang,etal.Characterization of plasmaelectrolytic oxidation coating on low carbon steel prepared from silicateelectrolyte with Al nanoparticles.Ceramics International 43(2017)16851–16858.)采用硅酸钠与磷酸二氢钠结合的复合电解液体系，并在此基础上加入了铝纳米粒子，在Q235钢表面生成了主要相组成为二氧化硅、氧化铁和四氧化三铁的氧化膜层，该电解液引入了铝纳米粒子对微弧氧化膜实现封孔，使膜表面更加致密，但由于膜层中含有较多的氧化铁，对基体有一定的破坏腐蚀行为，所以该膜层的耐腐蚀性能有限。V.Malinovschi(V.Malinovschi,A.Marin,S.Moga,D.Negrea,etal.Preparation and characterizationof anticorrosive layers deposited by micro-arc oxidation on low carbonsteel.Surface&Coatings Technology 253(2014)194–198)采用偏铝酸钠与氢氧化钠结合的电解液配方，在S235JR钢表面生成了主要相为α-氧化铝、γ-氧化铝和氧化铁的氧化膜，氧化铝膜层相比氧化铁膜层，对基体的耐蚀性提升更为明显。但该氧化膜层的厚度比较薄，仅为3～11um，不能满足实际中的应用要求。Yankun Li(Yankun Li,Minfang Chen,Wei Li,Qi Wang,Yansong Wang,Chen You,etal.Preparation,characteristics and corrosionproperties ofα-Al2O3 coatings on 10B21 carbon steel by micro-arcoxidation.Surface&Coatings Technology 358(2019)637–645)采用偏铝酸钠与磷酸二氢钠相结合的复合电解液体系，在此基础上加入了硼酸钠和碳酸钠，生成了相组成主要为α-氧化铝、γ-氧化铝和少量氧化铁和磷酸铁的氧化铝陶瓷层。碳酸钠促进膜的生成，硼酸钠具有分解氧化铁的作用，碳酸钠与硼酸钠对氧化铁有分解协同作用，使得膜层中的α-氧化铝含量更高，从而膜层的耐腐蚀性能也大大提高。在前人的基础和启发下，本发明以偏铝酸钠与氢氧化钠为基础电解液，以含硼低碳钢为基体材料，提供了一种低碳钢表面制备高耐蚀涂层的微弧氧化电解液配方。