CN102703955A - 一种镁合金板的微弧氧化镀膜方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种镁合金板的微弧氧化镀膜方法，是对镁合金板在硅酸钠+钨酸钠+甘油+氢氧化钠+氧化铝水胶体的电解液中进行镀膜，镀膜时先在脉冲直流电场作用下，在硅酸钠+钨酸钠+甘油+氢氧化钠电解液中镀膜，然后再在电解液中加入氧化铝水胶体，在镁合金板表面形成复合膜层，膜层厚度达75μm，复合膜层附着牢固，表面孔洞少，致密性高，具有很好的耐腐蚀性，此镀膜方法工艺先进，数据翔实准确，膜层厚度大，固着性好，致密度高，不易脱落，是一种有效的镁合金板的表面镀膜方法。

Description

一种镁合金板的微弧氧化镀膜方法

技术领域

本发明涉及一种镁合金板的微弧氧化镀膜方法，属镁合金板材防蚀镀膜表面处理的技术领域。

背景技术

镁及镁合金是最重要的有色轻金属，在航空航天、电子工业、汽车等工业领域有着广泛的应用前景。

镁及镁合金虽然具有广泛的用途，但它的强度弱、硬度低、耐腐蚀性差，使它在使用中受到了很大的局限。

如何提高镁及镁合金的物理化学性能、力学性能、扩展其应用范围，一直是科技领域里探讨的课题，例如在镁及镁合金的熔炼过程中添加增强材料，对镁及镁合金材料进行压制、轧制增强纤维层，这些方法对增加镁及镁合金的强度、硬度起到了显著的效果，但对镁及镁合金的耐腐蚀性影响甚微。

在工业应用中，对零部件的性能要求越来越高，有的既需要零部件有较轻的重量，又有很高的耐腐蚀性，这就需要对镁及镁合金进行防蚀处理。

微弧氧化技术工艺简单，环保性好，所制备的氧化膜具有良好的综合性能，已成为镁合金的一种具有广泛应用前景的表面处理技术，如何在镁及镁合金的防腐处理中应用是一个新的研究课题。

发明内容

发明目的

本发明的目的是针对背景技术的状况，采用在硅酸钠和钨酸钠电解液体系中加入氧化铝水胶体，对镁合金板进行微弧氧化镀膜处理，在镁合金板上形成复合膜层，以大幅度提高镁合金板的表面耐腐蚀性。

技术方案

本发明使用的化学物质材料为：镁合金板、硅酸钠、钨酸钠、甘油、氢氧化钠、氧化铝、丙酮、去离子水、水浴水、砂纸，其准备用量如下：以毫米、克、毫升为计量单位

镁合金板：AZ91D              20mm×20mm×10mm 1块

硅酸钠：Na₂SiO₃                        30g±0.1g

钨酸钠：Na₂WO₃                        4g±0.1g

甘油：C₃H₈O₃                              16mL±0.1mL

氢氧化钠：NaOH                       6g±0.1g

氧化铝：Al₂O₃                             8g±0.1g

丙酮：C₃H₆O                                500mL±10mL

去离子水：H₂O                  5000mL±10mL

砂纸：碳化硅、800目        300mm×200mm×1mm 1张

水浴水：H₂O                      8000mL±50mL 

镀膜方法如下：

（1）、精选化学物质材料

对镀膜使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度控制：

 镁合金板：固态固体板材                     

硅酸钠：固态粉体                           98.0﹪

钨酸钠：固态粉体                           99.5﹪

甘油：液态液体                              98.0﹪

氢氧化钠：固态粉体                        99.1﹪

氧化铝：固态粉体                           99.9﹪

丙酮：液态液体                              99.0﹪

去离子水：液态液体                        99.9﹪

水浴水：液态液体                           99.0﹪

砂纸：固态纸状

（2）、预处理镁合金板

①将镁合金板置于平板上，用800目碳化硅砂纸对镁合金板表面进行打磨，使表面粗糙度达Ra0.032-0.064μm；

②将打磨后的镁合金板置于超声波清洗器中，加入丙酮200mL，进行超声清洗，清洗后晾干；

（3）、配置电解液

①称取硅酸钠22.5g±0.1g、钨酸钠3g±0.1g、氢氧化钠4.5g±0.1g，量取甘油12mL±0.1mL、去离子水1500mL，置于不锈钢容器中；

②用搅拌器搅拌，搅拌转速为200r/min，搅拌时间为5min，搅拌后溶解成电解液；

（4）、配置氧化铝水胶体

称取氧化铝8g±0.1g、硅酸钠7.5g±0.1g、钨酸钠1g±0.1g，量取甘油4mL±0.1mL、去离子水500mL±10mL，加入烧杯中，搅拌10min，制成氧化铝水胶体；

（5）、在镁合金板上镀膜

镁合金板上的镀膜是在不锈钢镀膜槽内进行的，以镁合金板为阳极，以镀膜槽为阴极，是在脉冲直流电场作用下完成的；

①将配制好的电解液加入阴极不锈钢镀膜槽内；

②将水浴水加入水浴槽内；

③将镁合金板用铜丝吊装在阳极支架上，镁合金板垂直潜入电解液中，并淹没； 

④镁合金板通过铜吊丝、阳极支架、阳极导线与电控箱连接，通电后为阳极；

不锈钢镀膜槽通过阴极导线与电控箱连接，接通后为阴极；

微弧氧化电源为恒流式，正脉冲电流在0.1A-10.0A范围内调节，负脉冲电流在0.1A-10.0A范围内调节，工作频率在100Hz-2000Hz内连续调节；

接通电源后电解液处于直流电场状态，即恒流微弧氧化状态；

⑤在电解液中，设定正向脉冲电流0.25A、工作频率400 Hz、占空比为60％，电源开始工作，直流电压迅速升高至380V，进行微弧氧化镀膜，镀膜进行10min后，在电解液中加入氧化铝水胶体，继续进行微弧氧化镀膜，时间5min；

⑥电解液在电解过程中，电解液温度会升高，升温范围为20℃-60℃，并由水浴槽内的冷却水在外部冷却；

⑦镁合金板在电解液中，在直流电场作用下，在表面会形成微弧氧化膜，膜层厚度达75μm；

 ⑧镁合金板在电解液中，在直流电场作用下将会产生化学反应：                                                             

  

式中：

MgSiO₃：硅酸镁

MgWO₄：钨酸镁

MgO：氧化镁

Mg₂SiO₄：镁橄榄石

H₂：氢气

（6）、镀膜完成后，关闭直流电源，停止反应，使镁合金板在镀膜槽内静置冷却至25℃；

（7）、清洗镁合金板

将镀膜后的镁合金板置于超声波清洗器内，加入去离子水500ml，进行超声波清洗10min，清洗后晾干；

（8）、真空干燥

将清洗并晾干的镁合金板置于真空干燥箱中干燥，干燥温度40℃，真空度20Pa，干燥时间20min；

（9）、检测、分析、表征

对干燥后的镁合金板的形貌、色泽、膜层成分、厚度、化学物理性能、力学性能进行检测、分析、表征；

用场发射扫描电镜对微弧氧化陶瓷膜的表面形貌和截面形貌进行分析；

用粗糙度仪对微弧氧化处理后的陶瓷膜的表面粗糙度进行分析；

用X射线衍射仪对微弧氧化陶瓷层的相结构进行分析；

用电化学测试仪对膜层的耐腐蚀性能进行分析；

用球-盘磨损试验机对膜层的耐磨损性能进行分析；

用白光干涉轮廓仪对膜层磨痕形貌进行分析；

结论：镁合金板镀膜后表面为灰白色，膜层厚度为75μm，膜层表面孔洞少，致密度高，耐腐蚀性能良好；

（10）、储存

对镀膜后的镁合金板用软质材料包装，储存于阴凉、干燥、洁净环境，要防水、防潮、防酸碱盐侵蚀，储存温度为20℃，相对湿度≦10﹪。

有益效果

本发明与背景技术相比具有明显的先进性，镁合金板在硅酸钠+钨酸钠+甘油+氢氧化钠+氧化铝水胶体的电解液中进行镀膜，在直流电场作用下，镁合金板表面形成复合膜层，膜层厚度达75μm，复合膜层附着牢固，表面孔洞少，致密性高，具有很好的耐腐蚀性，此镀膜方法工艺先进，数据翔实准确，膜层厚度大，固着性好，致密度高，不易脱落，是一种有效的镁合金板的表面镀膜方法。

 

附图说明

图1为镁合金板镀膜状态图

图2为镁合金板镀膜后表面形貌图

图3为镁合金板镀膜后横切面组织图

图4为镁合金板镀膜表面衍射强度图谱

图中所示，附图标记清单如下：

1、底座，2、水浴槽，3、水浴水，4、阴极镀膜槽，5、绝缘板，6、电解液，7、镁合金板，8、铜吊丝，9、阳极支架，10、阴极导线，11、电控箱，12、显示屏，13、指示灯，14、工作频率调控器，15、直流电流调控器，16、电源开关。

 

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步说明：

图1所示，为镁合金板镀膜状态图，各部位置、连接关系要正确，按量配比，按序操作。

镀膜使用的化学物质材料的量值是按预先设置的范围确定的，以克、毫升、毫米为计量单位。

镁合金板的镀膜是在阴极镀膜槽内进行的，以镁合金板为阳极，以镀膜槽为阴极，是在直流电场作用下在电解液中完成的；

阴极镀膜槽呈矩形，下部为底座1，在底座1上部为阴极镀膜槽4，阴极镀膜槽4的外部由绝缘板5包覆，阴极镀膜槽4置于水浴槽2内，在阴极镀膜槽4与水浴槽2之间为水浴水3，水浴水3为冷却剂；在阴极镀膜槽4内为电解液6，在电解液6内由铜吊丝8垂直吊装镁合金板7，镁合金板7浸渍在电解液6内，铜吊丝8上部联接阳极支架9，阳极支架9联接电控箱11；在电控箱11上设有显示屏12、指示灯13、工作频率调控器14、直流电流调控器15、电源开关16；阴极镀膜槽4通过阴极导线10与电控箱11联接。

图2所示，为镁合金板镀膜后表面形貌图，图中可知：镀膜后表面存在明显膜层痕迹，膜层厚度为75μm。

图3所示，为镁合金板镀膜后横截面组织图，图中可知：膜层均匀固着在镁合金板表面，膜层有合金化特征。

图4所示，为镁合金板镀膜表面衍射强度图谱，图中可知：纵坐标为衍射强度，横坐标为衍射角2θ，微弧氧化膜陶瓷层主要由MgO、MgSiO₃、 Mg₂SiO₄、 MgWO₄、 Al₂O-₃相组成，最高峰为MgSiO₃。

Claims (2)

1.一种镁合金板微弧氧化电解液的镀膜方法，其特征在于：

使用的化学物质材料为：镁合金板、硅酸钠、钨酸钠、甘油、氢氧化钠、氧化铝、丙酮、去离子水、水浴水、砂纸，其准备用量如下：以毫米、克、毫升为计量单位

镁合金板：AZ91D               20mm×20mm×10mm 1块

硅酸钠：Na₂SiO₃                          30g±0.1g

钨酸钠：Na₂WO₃                          4g±0.1g

甘油：C₃H₈O₃                                16mL±0.1mL

氢氧化钠：NaOH                          6g±0.1g

氧化铝：Al₂O₃                                8g±0.1g

丙酮：C₃H₆O                                    500mL±10mL

去离子水：H₂O                    5000mL±10mL

砂纸：碳化硅、800目          300mm×200mm×1mm 1张

水浴水：H₂O                       8000mL±50mL 

镀膜方法如下：

（1）、精选化学物质材料

对镀膜使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度控制：

镁合金板：固态固体板材                     

硅酸钠：固态粉体                           98.0﹪

钨酸钠：固态粉体                           99.5﹪

甘油：液态液体                              98.0﹪

氢氧化钠：固态粉体                        99.1﹪

氧化铝：固态粉体                           99.9﹪

丙酮：液态液体                              99.0﹪

去离子水：液态液体                        99.9﹪

水浴水：液态液体                           99.0﹪

砂纸：固态纸状

（2）、预处理镁合金板

①将镁合金板置于平板上，用800目碳化硅砂纸对镁合金板表面进行打磨，使表面粗糙度达Ra0.032-0.064μm；

②将打磨后的镁合金板置于超声波清洗器中，加入丙酮200mL，进行超声清洗，清洗后晾干；

（3）、配置电解液

①称取硅酸钠22.5g±0.1g、钨酸钠3g±0.1g、氢氧化钠4.5g±0.1g，量取甘油12mL±0.1mL、去离子水1500mL，置于不锈钢容器中；

②用搅拌器搅拌，搅拌转速为200r/min，搅拌时间为5min，搅拌后溶解成电解液；

（4）、配置氧化铝水胶体

称取氧化铝8g±0.1g、硅酸钠7.5g±0.1g、钨酸钠1g±0.1g，量取甘油4mL±0.1mL、去离子水500mL±10mL，加入烧杯中，搅拌10min，制成氧化铝水胶体；

（5）、在镁合金板上镀膜

镁合金板上的镀膜是在不锈钢镀膜槽内进行的，以镁合金板为阳极，以镀膜槽为阴极，是在脉冲直流电场作用下完成的；

①将配制好的电解液加入阴极不锈钢镀膜槽内；

②将水浴水加入水浴槽内；

③将镁合金板用铜丝吊装在阳极支架上，镁合金板垂直潜入电解液中，并淹没； 

④镁合金板通过铜吊丝、阳极支架、阳极导线与电控箱连接，通电后为阳极；

不锈钢镀膜槽通过阴极导线与电控箱连接，接通后为阴极；

微弧氧化电源为恒流式，正脉冲电流在0.1A-10.0A范围内调节，负脉冲电流在0.1A-10.0A范围内调节，工作频率在100Hz-2000Hz内连续调节；

接通电源后电解液处于直流电场状态，即恒流微弧氧化状态；

⑤在电解液中，设定正向脉冲电流0.25A、工作频率400 Hz、占空比为60％，电源开始工作，直流电压迅速升高至380V，进行微弧氧化镀膜，镀膜进行10min后，在电解液中加入氧化铝水胶体，继续进行微弧氧化镀膜，时间5min；

⑥电解液在电解过程中，电解液温度会升高，升温范围为20℃-60℃，并由水浴槽内的冷却水在外部冷却；

⑦镁合金板在电解液中，在直流电场作用下，在表面会形成微弧氧化膜，膜层厚度达75μm；

⑧镁合金板在电解液中，在直流电场作用下将会产生化学反应：                                                             

  

式中：

MgSiO₃：硅酸镁

MgWO₄：钨酸镁

MgO：氧化镁

Mg₂SiO₄：镁橄榄石

H₂：氢气

（6）、镀膜完成后，关闭直流电源，停止反应，使镁合金板在镀膜槽内静置冷却至25℃；

（7）、清洗镁合金板

将镀膜后的镁合金板置于超声波清洗器内，加入去离子水500ml，进行超声波清洗10min，清洗后晾干；

（8）、真空干燥

将清洗并晾干的镁合金板置于真空干燥箱中干燥，干燥温度40℃，真空度20Pa，干燥时间20min；

（9）、检测、分析、表征

对干燥后的镁合金板的形貌、色泽、膜层成分、厚度、化学物理性能、力学性能进行检测、分析、表征；

用场发射扫描电镜对微弧氧化陶瓷膜的表面形貌和截面形貌进行分析；

用粗糙度仪对微弧氧化处理后的陶瓷膜的表面粗糙度进行分析；

用X射线衍射仪对微弧氧化陶瓷层的相结构进行分析；

用电化学测试仪对膜层的耐腐蚀性能进行分析；

用球-盘磨损试验机对膜层的耐磨损性能进行分析；

用白光干涉轮廓仪对膜层磨痕形貌进行分析；

结论：镁合金板镀膜后表面为灰白色，膜层厚度为75μm，膜层表面孔洞少，致密度高，耐腐蚀性能良好；

（10）、储存

对镀膜后的镁合金板用软质材料包装，储存于阴凉、干燥、洁净环境，要防水、防潮、防酸碱盐侵蚀，储存温度为20℃，相对湿度≦10%。

2.根据权利要求1所述的一种镁合金板的微弧氧化镀膜方法，其特征在于：镁合金板的镀膜是在阴极镀膜槽内进行的，以镁合金板为阳极，以镀膜槽为阴极，是在直流电场电解液作用下完成的；

阴极镀膜槽呈矩形，下部为底座（1），在底座（1）以上即为阴极镀膜槽（4），阴极镀膜槽（4）的外部由绝缘板（5）包覆，阴极镀膜槽（4）置于水浴槽（2）内，在阴极镀膜槽（4）与水浴槽（2）之间为水浴水（3），水浴水（3）为冷却剂；在阴极镀膜槽（4）内为电解液（6），在电解液（6）内由铜吊丝（8）垂直吊装镁合金板（7），镁合金板（7）浸渍在电解液（6）内，铜吊丝（8）上部联接阳极支架（9），阳极支架（9）联接电控箱（11）；在电控箱（11）上设有显示屏（12），指示灯（13），工作频率调控器（14），直流电流调控器（15），电源开关（16）；阴极镀膜槽（4）通过阴极导线（10）与电控箱（11）联接。

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