CN101319342A - 硅溶胶改性Mg-Li合金表面等离子体氧化处理液及处理方法 - Google Patents
硅溶胶改性Mg-Li合金表面等离子体氧化处理液及处理方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101319342A CN101319342A CNA2008100649191A CN200810064919A CN101319342A CN 101319342 A CN101319342 A CN 101319342A CN A2008100649191 A CNA2008100649191 A CN A2008100649191A CN 200810064919 A CN200810064919 A CN 200810064919A CN 101319342 A CN101319342 A CN 101319342A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- alloy
- plasma
- alloy surface
- silicasol
- oxidation treatment
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
Abstract
本发明提供的是硅溶胶改性Mg－Li合金表面等离子体氧化处理液及处理方法。本发明的硅溶胶改性Mg－Li合金表面等离子体氧化处理液是由硅酸盐3－30g/L、氢氧化钠1－10g/L、三乙醇胺10－30mL/L、硅溶胶2－30mL/L和余量的蒸馏水组成的pH值为12－14的混合液。在硅酸盐电解液中加入硅溶胶后，膜层厚度增加，膜层的相组成中增加了晶态SiO2和Mg2SiO4相，同时，硅溶胶的引入使等离子体电解氧化膜的表面微孔的数目和微裂纹明显减少，耐腐蚀性能提高即腐蚀电流降低，极化电阻增大。
Description
(一)技术领域
本发明涉及的是一种合金的表面处理方法，具体地说是一种Mg-Li合金的表面处理方法。
(二)背景技术
Mg-Li合金是最轻的金属结构材料，密度只有1.30-1.65g/m3，比标准镁合金轻10-30％。这种合金具有一系列优点和特点：单位弹性模量高、抗压屈服极限超出普通镁合金2/3-1倍、冲击韧性好、抗弯强度大、塑性好、容易变形加工、容易焊接成形、比热容量大、导热性低。使其成为一种性能较为优异的超轻结构材料。Mg-Li合金的广泛应用可以满足航空、航天、汽车和电子工业对轻质材料的迫切需求，提高能源的利用率，降低环境污染，为国家的可持续发展提供有力的保障。对于提高国家的航空航天技术水平，国防能力及汽车电子等基础工业的水平具有长远的战略意义。但其耐腐蚀性能差成为制约其广泛应用的主要因素。
目前对改善Mg-Li合金的性能的研究主要集中在在合金中添加元素的方法方面，关于Mg-Li合金表面处理技术的公开报道比较少。
等离子体电解氧化是将铝、镁、钛等阀金属或其合金置于电解质溶液中，利用电化学方法使材料表面产生微火花放电，在热化学、电化学和等离子体化学的共同作用下在材料表面原位生长陶瓷膜层的方法。鉴于其独特的制备方法，所生长的陶瓷膜层具有防腐、绝缘、耐热、耐冲击、耐磨损以及与基体结合牢固等优异性能。然而，等离子体过程中火花放电的本质决定了等离子体电解氧化膜表面多微孔及微裂纹的形貌特征，等离子体电解氧化膜中固有的结构缺陷降低了等离子体电解氧化膜的耐蚀性能，通过改进等离子体电解液能够实现对等离子体陶瓷膜结构组成的有效调整，进一步提高Mg-Li合金的耐腐蚀性能。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种高效、低成本、工序简单、对环境无污染、能够提高Mg-Li合金耐腐蚀性能，拓宽Mg-Li合金应用范围的硅溶胶改性Mg-Li合金表面等离子体氧化处理液。本发明的目的还在于提供一种采用硅溶胶改性Mg-Li合金表面等离子体氧化处理液的Mg-Li合金表面氧化处理方法。
本发明的目的是这样实现的：
本发明的硅溶胶改性Mg-Li合金表面等离子体氧化处理液是由硅酸盐3-30g/L、氢氧化钠1-10g/L、三乙醇胺10-30mL/L、硅溶胶2-30mL/L和余量的蒸馏水组成的pH值为12-14的混合液。
本发明的采用硅溶胶改性Mg-Li合金表面等离子体氧化处理液的Mg-Li合金表面氧化处理方法为：对Mg-Li合金进行前处理，将经过前处理的Mg-Li合金置于等离子体电解氧化系统的电解液中，电解液组成为硅酸盐3-30g/L、氢氧化钠1-10g/L、三乙醇胺10-30mL/L、硅溶胶2-30mL/L和余量的蒸馏水，调pH值为12-14，将经过前处理的Mg-Li合金置于电解液中，挂件与Mg-Li合金之间用螺纹连接，样品完全浸入等离子体电解氧化电解液，电源调到直流脉冲档，采用恒流等离子体电解氧化模式，脉冲频率2000Hz、占空比15％、电流密度5A/dm2、氧化时间10min。
所述的对Mg-Li合金进行前处理是采用240#、1000#、2000#砂纸依次打磨Mg-Li合金，然后用蒸馏水冲洗；将打磨后的Mg-Li合金置于丙酮溶液中用超声波清洗5分钟，用蒸馏水冲洗；最后用乙醇冲洗并吹干。
对采用本发明的硅溶胶改性Mg-Li合金表面等离子体氧化处理液及表面氧化处理方法得到的Mg-Li合金进行结果分析，分析结果如下：
1、电压-时间曲线
结合图3及实验现象分析：两条曲线均可分为四个阶段，从开始到40s之间，电压呈快速线型增长，在该阶段，Mg-Li合金基体首先发生溶解，与此同时，在合金与电解液界面间形成很薄的介电阻挡层，当电压达到击穿电压时，等离子体电解氧化过程进入第二阶段(25s-210s)，样品表面出现大量白色细小的火花，随着电压的增加，火花数目不断增加，在此期间电压增加速率较快，添加硅溶胶后的硅酸盐电解质溶液中的击穿电压(255V)较未加硅溶胶的硅酸盐电解质溶液中的击穿电压高出25V，击穿电压增加的原因主要是由于硅溶胶的添加降低了电解液的电导率，进而需要更高的击穿电压来满足恒流输出；经过四分钟等离子体电解处理后，进入第三阶段(210s-430s)，此时电压的增长速率相比第二阶段稍有减缓，火花尺寸变大，颜色呈橘黄色，放电现象十分强烈，并伴有爆鸣声。在第四阶段内，等离子体电解氧化过程中的电压随时间变化趋于平稳，进入相对稳定阶段，经过10分钟的等离子体电解氧化处理，添加硅溶胶的电解液体系的终电压(492V)比未添加硅溶胶电解液体系的终电压(483V)稍高。
2、SEM及EDS分析
未添加与添加硅溶胶后得到的覆膜合金表面的SEM图(图4)及EDS(表1)分析结果表明：与未添加硅溶胶的等离子体电解氧化膜相比，加入硅溶胶后等离子体电解氧化膜表面单位面积内微孔的数目及孔径明显减少，由于氧化膜表面的微孔一方面是放电通道，另一方面也是电解液渗入到合金基体造成合金腐蚀的腐蚀通道，因此，微孔数目及孔径的减少将会提高合金的耐蚀能力。此外，添加硅溶胶后的等离子体电解氧化膜上可以清晰地观察到表面反复熔覆-击穿的痕迹，这一过程使内层的氧化膜更加的均一和稳定，加强了等离子体电解氧化膜与基体的结合。覆膜合金的能谱分析结果(表1)表明：等离子体电解氧化膜中主要含有Mg、Si、O及少量Al和Na元素，Si、O和Na元素的出现可以证明电解液中的组分参与了等离子体电解氧化反应，Al元素可能来源于合金基体或电解液。另外，在电解液中添加硅溶胶后，膜层中Si和O元素的含量增加，这主要归因于等离子体电解氧化膜中SiO2相的形成，并且SiO2的生成量大于MgSiO3和MgO中Si和O元素的消耗量，与此同时，等离子体电解氧化膜中MgSiO3和MgO衍射峰的消失(如图5所示)使得氧化膜中Mg的含量从29.03at.％降低到20.86at.％。
3、XRD分析
利用XRD对合金基体、未添加和添加硅溶胶后得到的覆膜合金的相组成进行了分析。结果如图5所示，显然，Mg-Li合金基体由基体Mg、Al3Ce、CeMg和MgZn2等金属间化合物组成。考虑到等离子体电解氧化处理后得到的多孔氧化膜层较薄，X射线能够穿透膜层使氧化膜层的XRD谱图中均出现了Mg-Li合金基体的衍射峰。对比标准卡片，未添加硅溶胶的硅酸盐电解液体系下的等离子体电解氧化膜(图5b)的相组成包括Mg2SiO4，MgSiO3和MgO。添加硅溶胶后，氧化膜中MgSiO3和MgO的衍射峰几乎消失，Mg2SiO4的衍射峰略有减弱，同时在膜层中出现了SiO2的衍射峰，综上所述，在电解液中添加硅溶胶后获得了相组成为SiO2和Mg2SiO4的等离子体电解氧化膜。
4、动电位极化曲线
利用动电位极化曲线考察了Mg-Li合金基体、未添加和添加硅溶胶后得到的等离子体电解氧化膜在3.5wt.％NaCl溶液中的耐蚀性能。由图6及表2可以看出，与Mg-Li合金基体相比，硅酸盐电解液体系下的等离子体电解氧化膜的腐蚀电位正移了182mV，腐蚀电流降低两个数量级，极化电阻增大了一个数量级。极化电阻Rp和腐蚀电流密度icorr是两个至关重要的评价等离子体电解氧化膜耐蚀性能的参数。icorr越小，Rp越大，膜层的耐腐蚀性能越好。与硅酸盐电解液体系下的等离子体电解氧化膜相比，在电解液中加入硅溶胶后，氧化膜的腐蚀电流密度减小到0.1μA，极化电阻增大了一个数量级。表明添加硅溶胶后等离子体电解氧化膜的耐腐蚀性能得到了一定程度的提高。耐蚀性能的提高应归因于镁锂合金表面热力学稳定性更好的SiO2的生成。与此同时，等离子体电解氧化膜的腐蚀电位负移了53mV，这主要是由于硅溶胶的加入更有效地抑制了阴极反应。
本发明在硅酸盐电解液中加入硅溶胶后，膜层厚度增加，膜层的相组成中增加了晶态SiO2和Mg2SiO4相，同时，硅溶胶的引入使等离子体电解氧化膜的表面微孔的数目和微裂纹明显减少，耐腐蚀性能提高即腐蚀电流降低，极化电阻增大。
(四)附图说明
图1是表面预处理工艺图；
图2是本发明的等离子体电解氧化装置示意图；
图3是未添加(a)与添加(b)硅溶胶的硅酸盐电解液中等离子体电解氧化过程的电压-时间曲线；
图4-a是未添加硅溶胶的硅酸盐电解液中等离子体电解氧化后覆膜合金的扫描电镜图，图4-b是添加硅溶胶的硅酸盐电解液中等离子体电解氧化后覆膜合金的扫描电镜图；
图5是Mg-Li合金基体(a)及未添加(b)与添加(c)硅溶胶的硅酸盐电解液中等离子体电解氧化化后覆膜合金的XRD谱图；
图6是Mg-Li合金基体(a)、未添加(b)与添加(c)硅溶胶的硅酸盐电解液中覆膜合金的动电位极化曲线；
图7是等离子体电解氧化膜层中元素的原子含量表1；
图8是动电位极化曲线的电化学参数表2。
(五)具体实施方式
下面举例对本发明做更详细地描述：
(1)前处理
结合图1，采用240#、1000#、2000#砂纸依次打磨Mg-Li合金，然后用蒸馏水冲洗；将打磨后的Mg-Li合金置于丙酮溶液中用超声波清洗5分钟，用蒸馏水冲洗；最后用乙醇冲洗并吹干。
(2)等离子体电解氧化
将经过前处理的Mg-Li合金置于等离子体电解氧化系统的电解液中，结合图2等离子体电解氧化系统的组成包括：直流脉冲电源1、控制器2、.外循环冷却水3、曝气管4、阳极工件5、不锈钢阴极6和电解液。电解液的组成包括：硅酸盐3-30g/L；氢氧化钠1-10g/L；三乙醇胺10-30mL/L；蒸馏水1-3L；硅溶胶2-30mL/L。调pH值为(12-14)；采用直流脉冲电输出方式进行合金的等离子体电解氧化处理；将经过前处理的Mg-Li合金置于电解液中，挂件与Mg-Li合金之间用螺纹连接。Mg-Li合金完全浸入等离子体电解氧化电解液，电源调到直流脉冲档，采用恒流等离子体电解氧化模式，脉冲频率2000Hz，占空比15％，电流密度5A/dm2，氧化时间：10min。等离子体电解氧化阶段输出电压在480V-500V；将等离子体电解氧化后的Mg-Li合金样品水洗、冷风吹干。
本发明的第二种实施方式是在上一实施方式的基础上，其区别是电解液的组成包括：硅酸盐10g/L；氢氧化钠5g/L；三乙醇胺20mL/L；硅溶胶15mL/L，加蒸馏水至1L，调pH值为13。
Claims (3)
1、一种硅溶胶改性Mg-Li合金表面等离子体氧化处理液，其特征是：它是由硅酸盐3-30g/L、氢氧化钠1-10g/L、三乙醇胺10-30mL/L、硅溶胶2-30mL/L和余量的蒸馏水组成的pH值为12-14的混合液。
2、一种采用硅溶胶改性Mg-Li合金表面等离子体氧化处理液的Mg-Li合金表面氧化处理方法，其特征是：对Mg-Li合金进行前处理，将经过前处理的Mg-Li合金置于等离子体电解氧化系统的电解液中，电解液组成为硅酸盐3-30g/L、氢氧化钠1-10g/L、三乙醇胺10-30mL/L、硅溶胶2-30mL/L和余量的蒸馏水，调pH值为12-14，将经过前处理的Mg-Li合金置于电解液中，挂件与Mg-Li合金之间用螺纹连接，样品完全浸入等离子体电解氧化电解液，电源调到直流脉冲档，采用恒流等离子体电解氧化模式，脉冲频率2000Hz、占空比15％、电流密度5A/dm2、氧化时间10min。
3、根据权利要求2所述的采用硅溶胶改性Mg-Li合金表面等离子体氧化处理液的Mg-Li合金表面氧化处理方法，其特征是：所述的对Mg-Li合金进行前处理是采用240#、1000#、2000#砂纸依次打磨Mg-Li合金，然后用蒸馏水冲洗；将打磨后的Mg-Li合金置于丙酮溶液中用超声波清洗5分钟，用蒸馏水冲洗；最后用乙醇冲洗并吹干。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008100649191A CN101319342B (zh) | 2008-07-14 | 2008-07-14 | 硅溶胶改性Mg-Li合金表面等离子体氧化的处理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008100649191A CN101319342B (zh) | 2008-07-14 | 2008-07-14 | 硅溶胶改性Mg-Li合金表面等离子体氧化的处理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101319342A true CN101319342A (zh) | 2008-12-10 |
| CN101319342B CN101319342B (zh) | 2010-12-01 |
Family
ID=40179603
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2008100649191A Expired - Fee Related CN101319342B (zh) | 2008-07-14 | 2008-07-14 | 硅溶胶改性Mg-Li合金表面等离子体氧化的处理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101319342B (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101975545A (zh) * | 2010-09-14 | 2011-02-16 | 华南理工大学 | 一种检测金属表面膜层的方法及电解氧化装置 |
| CN101994146A (zh) * | 2009-08-25 | 2011-03-30 | 威斯科高新技术有限公司 | 镁合金制品用peo表面处理溶液的组合物 |
| RU2660746C2 (ru) * | 2015-09-14 | 2018-07-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тольяттинский государственный университет" (ТГУ) | Защитное оксидное покрытие магниевых сплавов |
| CN109487258A (zh) * | 2019-01-10 | 2019-03-19 | 西安交通大学 | 一种通过低温等离子体制备的镁锂合金高耐蚀无机膜层及方法 |
-
2008
- 2008-07-14 CN CN2008100649191A patent/CN101319342B/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101994146A (zh) * | 2009-08-25 | 2011-03-30 | 威斯科高新技术有限公司 | 镁合金制品用peo表面处理溶液的组合物 |
| CN101994146B (zh) * | 2009-08-25 | 2012-11-21 | 威斯科高新技术有限公司 | 镁合金制品用peo表面处理溶液的组合物 |
| CN101975545A (zh) * | 2010-09-14 | 2011-02-16 | 华南理工大学 | 一种检测金属表面膜层的方法及电解氧化装置 |
| CN101975545B (zh) * | 2010-09-14 | 2012-08-08 | 华南理工大学 | 一种检测金属表面膜层的方法 |
| RU2660746C2 (ru) * | 2015-09-14 | 2018-07-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тольяттинский государственный университет" (ТГУ) | Защитное оксидное покрытие магниевых сплавов |
| CN109487258A (zh) * | 2019-01-10 | 2019-03-19 | 西安交通大学 | 一种通过低温等离子体制备的镁锂合金高耐蚀无机膜层及方法 |
| CN109487258B (zh) * | 2019-01-10 | 2020-03-17 | 西安交通大学 | 一种通过低温等离子体制备的镁锂合金高耐蚀无机膜层及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101319342B (zh) | 2010-12-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Jiang et al. | Plasma electrolytic oxidation treatment of aluminium and titanium alloys | |
| CN102154673B (zh) | 在铝合金表面制备环保型微弧氧化黑色陶瓷膜的方法 | |
| CN104562128B (zh) | 一种在金属或金属复合材料表面制备热防护陶瓷层的方法 | |
| Timoshenko et al. | Investigation of plasma electrolytic oxidation processes of magnesium alloy MA2-1 under pulse polarisation modes | |
| Dong et al. | Formation mechanism of a self-sealing pore micro-arc oxidation film on AM60 magnesium alloy | |
| Matykina et al. | Optimisation of the plasma electrolytic oxidation process efficiency on aluminium | |
| CN101348932B (zh) | Mg-Li合金的等离子体电解氧化方法 | |
| TWI418664B (zh) | 閥金屬電漿電解氧化表面處理方法 | |
| Mengesha et al. | Corrosion performance of plasma electrolytic oxidation grown oxide coating on pure aluminum: effect of borax concentration | |
| CN103205789B (zh) | 镁锂合金表面微弧氧化自组装超疏复合涂层的方法 | |
| CN101319342B (zh) | 硅溶胶改性Mg-Li合金表面等离子体氧化的处理方法 | |
| Song et al. | Study of the formation process of titanium oxides containing micro arc oxidation film on Mg alloys | |
| Raj et al. | Comparative study of formation and corrosion performance of porous alumina and ceramic nanorods formed in different electrolytes by anodization | |
| CN105018999A (zh) | 铝合金微弧氧化膜原位生长层状双金属氢氧化物的方法 | |
| CN111676499A (zh) | 基于阴极等离子体电解沉积的阻氢涂层及制备方法 | |
| Wang et al. | Formation of titania composite coatings on carbon steel by plasma electrolytic oxidation | |
| CN101092730A (zh) | 一种低能耗微弧氧化方法和装置 | |
| CN101570875B (zh) | 镁锂合金表面生成棕色陶瓷膜的方法 | |
| Zhang et al. | The influence of holding time on morphologies and electrochemical properties of MAO/LDH composite film on LA103Z Mg-Li alloy | |
| CN103147112B (zh) | 一种电解液及其用于制备核燃料棒锆合金包壳微弧氧化膜的用途和方法 | |
| CN106757261A (zh) | 一种铝材表面氧化陶瓷膜和沸石膜复合的耐磨耐蚀涂层及其制备方法 | |
| CN103572348A (zh) | 一种铝型材表面微弧氧化处理的方法 | |
| CN101418460B (zh) | Mg-Li合金表面微弧氧化/化学转化复合涂层的制备方法 | |
| Xue et al. | Corrosion resistance of Ni-Y2O3 composite coating prepared by electrodeposition under ultrasonic condition | |
| CN106521466B (zh) | 利用电偶合诱导钛或钛合金表面化学转化膜的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20101201 Termination date: 20170714 |