CN102747406A

CN102747406A - 镁合金阳极氧化电解液及对镁合金表面处理的方法

Info

Publication number: CN102747406A
Application number: CN2012102535026A
Authority: CN
Inventors: 张丁非; 沟引宁; 刘渝萍; 郭星星
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Shenzhen Aisite Technology Co Ltd
Priority date: 2012-07-20
Filing date: 2012-07-20
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2032-07-20
Also published as: CN102747406B

Abstract

本发明涉及一种镁合金阳极氧化电解液及对镁合金表面处理的方法，所述电解液的组成为：氨基酸2-20g/L、氢氧化物20-80g/L、硅酸盐50-150g/L，植酸2-20g/L、柠檬酸2-20g/L，所述电解液的pH值为9-13。该电解液对镁合金表面处理，可以使镁合金阳极氧化膜孔径细小、孔隙分布均匀，氧化膜连续致密，耐腐蚀性能优异，能显著提高镁合金的耐蚀性，并且还有利于环保，易于生产的优点。

Description

镁合金阳极氧化电解液及对镁合金表面处理的方法

技术领域

本发明公开了一种镁合金表面处理用电解液，特别涉及一种在镁合金表面生成光滑、致密、耐腐蚀好的氧化膜的镁合金阳极氧化电解液。

背景技术

近年来，镁合金由于具有密度小、比强度和比刚度高、导热导电性好、减震性能好、电磁屏蔽性能优异、易于切削加工等优点，已广泛应用于航空航天、汽车、电子、机械、军事及核工业等领域。但是镁的化学活性较高，标准平衡电位佷负（-2.36V），由此带来的腐蚀问题成为制约镁及其合金广泛应用的主要瓶颈问题之一，因此提高镁合金的耐蚀性具有重要的应用价值。

阳极氧化技术因具有生产工艺简单、一次成膜面积大、生产设备投资少、加工成本低等优点，成为镁及镁合金最基本、应用最广泛的一种表面处理方法。阳极氧化膜还可为涂覆油漆、涂料等有机涂层提供良好的基底，并可利用其多孔结构进行着色处理，满足装饰性要求。

影响镁合金阳极氧化膜性能的因素很多，比如：电解液组分及浓度、电源种类及参数、pH值、温度、成膜时间、搅拌方式及强度等。其中电解液组分及浓度是影响镁合金阳极氧化膜成分及性能的最主要因素。传统使用的镁合金阳极氧化电解液中均含有铬、氟、氰等，严重危害人体健康和生态环境，使电解液的生产和应用受到制约。现有的环保型镁合金阳极氧化电解液也普遍存在电解液不稳定、生产过程不易控制，对镁合金耐蚀性提高不显著等问题，使镁合金阳极氧化的应用受到制约。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镁合金阳极氧化电解液及镁合金表面处理方法，该电解液对镁合金表面处理，可以使镁合金阳极氧化膜孔径细小、孔隙分布均匀，氧化膜连续致密，耐腐蚀性能优异，能显著提高镁合金的耐蚀性，并且还有利于环保，易于生产的优点。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

镁合金阳极氧化电解液的组成为：氨基酸2-20g/L、氢氧化物20-80g/L、硅酸盐50-150g/L，植酸2-20g/L、柠檬酸2-20g/L，所述电解液的PH值为9-13。

所述氨基酸为鸟氨酸、赖氨酸、色氨酸、精氨酸、组氨酸、氨基三乙酸、瓜氨酸及氨基酸盐。

所述氨基酸盐包括盐酸盐、硫酸盐、醋酸盐、磷酸盐，以及甲酸盐、乙酸盐或芳基羧酸盐，直链或支链烷基、芳基磺酸盐，直链或支链烷基、芳基亚磺酸盐，草酸盐，柠檬酸盐，富马酸盐，酒石酸盐。

所述氨基酸盐为鸟氨酸醋酸盐。

所述氢氧化物为氢氧化钠。

所述硅酸盐为硅酸钠。

所述氢氧化物还可以为氢氧化钾、氢氧化锂等碱金属、碱土金属氢氧化物、过渡金属氢氧化物。

所述硅酸盐还可以为硅酸钾等碱金属或碱土金属硅酸盐，以及多硅酸盐。

用镁合金阳极氧化电解液处理镁合金表面的方法，有以下步骤：

A.镁合金的处理；

B.镁合金阳极氧化：不锈钢为阴极，镁合金为阳极，将经处理的镁合金放入上述的电解液中进行阳极氧化，阳极氧化条件为直流电源，电流密度为8~20mA/cm²，在阳极氧化的过程采用磁力搅拌器搅拌使离子浓度分布均匀，室温下氧化时间为20~40min。

所述镁合金的处理为先将镁合金预处理，再进行前处理。

所述预处理为：打磨、蒸馏水冲洗，乙醇脱水，吹干。

所述前处理为：经前处理的镁合金在丙酮中超声除油5min，然后用蒸馏水冲洗，吹干。本发明所提供的环保型镁合金阳极氧化电解液的组成为：2-20g/L氨基酸、20-80g/L氢氧化物、50-150g/L硅酸盐，2-20g/L植酸、柠檬酸的一种或其复配。其中植酸的浓度为2-15g/L，柠檬酸的浓度为2-20g/L，所述电解液均以水做溶剂，所用试剂均采用分析纯，其浓度为单位体积电解液中所含电解质的质量。

采用本发明所述的电解液对镁合金进行阳极氧化，其成膜速度较快（约为30μm/h），阳极氧化过程中火花放电比较均匀，不聚点，火花细小，得到的阳极氧化膜孔径细小、孔隙分布均匀，氧化膜更连续致密，耐腐蚀性能优异：耐中性盐雾实验时间可超过200小时。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1.绿色环保。本发明所提供的电解液不含铬、氟、氰等有毒有害的组分，对生产人员身体健康及生态环境均无伤害，且废液易于处理，循环利用率高。

2.所获得的阳极氧化膜耐蚀性能优异。本发明所提供的环保型镁合金阳极氧化液性能稳定，特别是在氧化液中采用了氨基酸，不仅能够改变镁合金基体和溶液之间的界面作用机理，提高镁合金阳极氧化的成膜速度，而且还使得镁合金阳极氧化的击穿电压提高，使得火花放电更细小，分布更均匀，不聚点。得到的阳极氧化膜孔隙细小圆整，氧化膜更加致密、均匀、光滑，因而能够显著提高镁合金的耐蚀性能。采用本发明所述镁合金阳极氧化液阳极氧化时，可使镁合金的自腐蚀电位提高至-0.868～-1.254V，腐蚀电流降低到3.136×10^-8～4.036×10^-6A/cm²，其镁合金的自腐蚀电位的提高幅度是本专利申请日以前的镁合金阳极氧化电解液所不能达到的，并且能够显著地降低镁合金的腐蚀电流密度。阳极氧化膜厚10-15μm、氧化膜外观光滑、均匀，呈非常致密的灰白色。

3.节能、安全。本发明所提供的电解液阳极氧化时的成膜温度低，室温下即可进行，不需要专用的循环泵来降温冷却，工作电压不高，因而有利于节能、安全生产。

4.易于推广生产。本发明所提供的电解液具有原料易得，成本低廉，生产工艺简单，成膜过程易于控制，适合工业化生产的优点。

附图说明

图1为本发明较优配方条件下阳极氧化膜的表面形貌；

图2为AZ31镁合金基体和较优配方条件下阳极氧化膜的极化曲线，其中，A为AZ31镁合金基体的极化曲线，B为阳极氧化膜的极化曲线。

具体实施方式

本发明所述镁合金阳极氧化电解液的组成如表1所述：

表1镁合金阳极氧化电解液的组成

本发明采用AZ31镁合金，试样尺寸为Φ20×4mm，将试样表面依次采用SiC水砂纸240#，400#，600#，800#，1000#SiC水砂纸进行打磨，蒸馏水冲洗，乙醇脱水，吹干置于干燥皿中待用。实验过程如下：

1.对镁合金进行前处理；将打磨好的镁合金试样在丙酮中超声除油5min，然后用蒸馏水冲洗，吹干待用。

2.以水为溶剂，按照表1的组分配制电解液；

3.阳极氧化；将前处理过的镁合金放入本发明的碱洗电解液中进行阳极氧化，阳极氧化条件：直流电源，恒电流模式，电流密度为8~20mA/cm²，在阳极氧化的过程采用磁力搅拌器搅拌使离子浓度分布均匀，控制温度为20℃~30℃，氧化时间为20~40min。阳极氧化结束之后将试样用蒸馏水冲洗吹干即可。

采用采用动电位极化实验测试了AZ31镁合金基体和采用本发明的电解液对AZ31进行阳极氧化后的涂层的极化曲线，测试采用三电极体系，用饱和甘汞电极作为参比电极，铂电极为对电极，试样为工作电极，腐蚀介质为3.5%NaCl溶液。试样暴露的工作面积为1cm²，扫描速度为0.1mV/s。

按照表1的电解液配方，将打磨抛光且经丙酮除油的镁合金在以下工艺条件下进行阳极氧化：采用直流电源的恒电流模式，电流密度：10mA/cm²；成膜时间：20min；阳极氧化过程中控制温度低于30℃。

对实施例1-11实施例所述的的样品进行阳极氧化膜的膜厚、外观质量及极化测试，其结果如表2所示。

表2阳极氧化膜的膜厚、外观质量及极化参数

结果：

使用本发明的电解液对AZ31镁合金经所述工艺进行阳极氧化发现，它与现有技术相比，氧化过程中样品表面的火花更细小，火花放电更均匀，不易产生聚点的大火花，氧化速度快，阳极氧化膜表面更加光滑平整，阳极氧化膜孔隙细小圆整，氧化膜更加致密、均匀，其表面形貌如图1所示，因而能够显著提高镁合金的耐蚀性能。

图2中a为AZ31镁合金基体的极化曲线；b为采用本发明的优化配方对AZ31镁合金阳极氧化后形成阳极氧化膜的极化曲线。

最后需要说明的是，以上实例仅用以说明本发明的技术方案而非限制本发明，尽管申请人参考最佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权力要求范围当中。

Claims

1.一种镁合金阳极氧化电解液，其特征在于，所述电解液的组成为：氨基酸2-20g/L、氢氧化物20-80g/L、硅酸盐50-150g/L，植酸2-20g/L、柠檬酸2-20g/L，所述电解液的PH值为9-13。

2.根据权利要求书1所述的镁合金阳极氧化的电解液，其特征在于所述氨基酸为鸟氨酸、赖氨酸、色氨酸、精氨酸、组氨酸、氨基三乙酸、瓜氨酸及氨基酸盐。

3.根据权利要求2所述的镁合金阳极氧化的电解液，其特征在于：所述氨基酸盐包括盐酸盐、硫酸盐、醋酸盐、磷酸盐，以及甲酸盐、乙酸盐或芳基羧酸盐，直链或支链烷基、芳基磺酸盐，直链或支链烷基、芳基亚磺酸盐，草酸盐，柠檬酸盐，富马酸盐，酒石酸盐。

4.根据权利要求2所述的镁合金阳极氧化的电解液，其特征在于：所述氨基酸盐为鸟氨酸醋酸盐。

5.根据权利要求1所述的镁合金阳极氧化电解液，其特征在于：所述氢氧化物为氢氧化钠。

6.根据权利要求1所述的镁合金阳极氧化电解液，其特征在于：所述硅酸盐为硅酸钠。

7.用权利要求1所述的镁合金阳极氧化电解液处理镁合金表面的方法，其特征在于有以下步骤：

A..镁合金的处理；

B.镁合金阳极氧化：不锈钢为阴极，镁合金为阳极，将经处理的镁合金放入权利要求1-4任一所述的电解液中进行阳极氧化，阳极氧化条件为直流电源，电流密度为8~20mA/cm²，在阳极氧化的过程采用磁力搅拌器搅拌使离子浓度分布均匀，室温下氧化时间为20~40min。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述镁合金的处理为先将镁合金预处理，再进行前处理。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述预处理为：打磨、蒸馏水冲洗，乙醇脱水，吹干。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述前处理为：经前处理的镁合金在丙酮中超声除油5min，然后用蒸馏水冲洗，吹干。