[发明专利]镁合金表面微弧氧化用电解质溶液及黑色涂层的制备方法

说明书

本发明公开了镁合金表面微弧氧化用电解质溶液及黑色涂层的制备方法，电解质溶液包括主成膜剂、辅助成膜剂、主着色盐、络合剂和去离子水；主着色盐为金属铜盐；络合剂由缩聚磷酸盐、有机膦酸盐和酒石酸盐组成；并且在电解质溶液中，主成膜剂的含量为5~50 g/L；辅助成膜剂的含量为1~30 g/L；主着色盐的含量为1~20 g/L；各种络合剂的含量可以在1~20 g/L进行复合。该电解质溶液在微弧氧化过程中不易产生沉淀，稳定性高，具有较长的使用寿命；电参数也可以在大范围内进行调控，不易出现极端放电，成膜效率高；并且利用该电解质溶液所制备的黑色涂层黑度高，色差微小，涂层的表面粗糙度低，硬度高，耐蚀性好，附着力强，不易脱色，并具有优异的热控性能。

技术领域

本发明属于金属表面处理技术领域，具体涉及镁合金表面微弧氧化用电解质溶液及黑色涂层的制备方法。

背景技术

镁合金，作为实用中最轻的金属，在航空航天、武器装备、光电器件、3C等领域具有广阔的应用前景。但为满足镁合金制品的使役要求，需要在其表面制备一层黑色涂层，如深空探测用光学装置的镜筒等部件表面需要制备高吸收率、低反射率的黑色涂层以提高测量精度；空间飞行器(卫星、飞船等)表面需要制备适宜的太阳光吸收率(α_s)/发射率(ε)比值的黑色热控涂层来确保其正常工作；笔记本、手机外壳等制品表面需要制备黑色涂层以满足装饰需求等。

目前，在镁合金表面制备黑色涂层的方法较多，主要包括四种途径：①通过混有黑色颜填料的涂料制备黑色涂层(一种镁合金表面改性工艺，申请号201910312370.1)，这类涂层与基体附着力差、易脱落；②采用金属化合物镀层技术制备黑色涂层(一种超黑色耐磨涂层及其制作方法，申请号201910702325.7)，这类涂层的耐蚀性差，很难满足中性盐雾96h的要求；③合金制品经阳极氧化后涂覆黑色有机染料/颜料形成陷光效果而获得黑色涂层(铝合金染色用黑色染料的制备方法、铝合金的染色方法，申请号：CN201710014923.6)，这种有机物染色不均匀和色牢度差，且与涂层结合力差，抗老化和耐久性不足，对太阳光吸收率和红外发射率不高；④微弧氧化原位着色技术。由于该技术能够在镁合金表面形成高硬度、附着力较好的黑色金属氧化涂层而备受关注。

例如，中国专利201010300677.9公开了一种镁合金表面高太阳吸收率高发射率热控涂层的制备方法，并具体公开了一种以硫酸钴、草酸钴、硫酸锰或者乙酸锰为着色剂的热控涂层制备方法；中国专利201910372634.2公开了镁合金微弧氧化方法及微弧氧化含铁电解液的制备方法，并具体公开了一种磷酸盐体系含铁盐电解液制备黑色涂层的方法；中国专利201811295995.3公开了一种轻合金表面黑色热控涂层的制备方法，并具体公开了一种以氟铝酸钾、氟钛酸钾、偏钒酸铵、硫酸亚铁铵为着色剂的黑色涂层制备方法。然而，微弧氧化电解质溶液由于含有着色金属盐，加之在微弧氧化处理过程中镁合金基体的溶解和着色金属离子的沉积，其电解液稳定性差(出现絮状沉淀)，电解质溶液有效期短。

中国专利202010059104.5公开了一种用于微弧氧化黑色陶瓷膜的电解液及其制备方法和微弧氧化方法，该专利通过配制最适配比的第一着色液和第二着色液合成的电解液，设定关键技术参数并采用先恒压后恒流的两步微弧氧化方法在镁合金表面获得厚度约15～30μm的黑色陶瓷膜。虽然该专利电解液稳定性好，可循环使用，获得的黑色陶瓷膜色泽均匀，具有良好的耐蚀和耐磨性能。但是该专利当镁合金中有大量第二相时，所制备的涂层的质量较差、黑度较小、色差较大；在微弧氧化过程中容易出现极端放电，这将导致涂层局部出现孔洞或烧蚀；并且在制备大工件时能耗较高，成膜速率较慢。

发明内容