CN102851720B - 一种铝酸盐电解液及其在制备镁合金微弧氧化膜中的应用 - Google Patents

一种铝酸盐电解液及其在制备镁合金微弧氧化膜中的应用 Download PDF

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本发明公开了一种铝酸盐电解液及其在制备镁合金微弧氧化膜中的应用。所述的铝酸盐电解液由NaAlO2、NaOH、KF和去离子水配制而成，其中各组分含量为：NaAlO212~20g/L，NaOH？4~10g/L，KF？5~15g/L，并且所述的铝酸盐电解液的pH值在10~12之间。所述电解液不含对环境和人体有害的Cr6+离子和p元素，成分简单，工艺稳定，可应用于制备镁合金微弧氧化膜，由其形成的镁合金微弧氧化膜致密、美观、抗腐蚀性能较好。

Description

一种铝酸盐电解液及其在制备镁合金微弧氧化膜中的应用
（一）技术领域
本发明涉及一种铝酸盐电解液及其在制备镁合金微弧氧化膜中的应用。
（二）背景技术
镁合金是目前最轻的金属结构材料之一，被誉为21世纪的“绿色工程材料”。电子工业中对镁合金的需求缘于镁合金具有质量轻、刚度大和薄壁铸造性能良好等优点。缺点是，基体硬度低，易被腐蚀，抗磨损能力差。目前主要的防腐蚀方法是在其表面形成氧化膜或涂层，主要方法有：化学转化处理，阳极氧化，金属涂层，激光处理和其他表面处理技术，但各自有所缺陷，比如化学转化膜较薄、软，防护能力弱，一般只用作装饰或防护层中间层；阳极氧化膜的脆性较大、多孔，在复杂工件上难以得到均匀的氧化膜层；金属涂层缺点是前处理中的Cr、F及镀液对环境污染严重，镀层中多数含有重金属元素，增加了回收的难度与成本而且由于镁基体的特性，对结合力还需要改善；镁合金在激光处理时易发生氧化、蒸发和产生汽化、气孔以及热应力等问题，而且激光处理技术成本较高。
微弧氧化(MicroarcOxidation)又称微等离子体氧化或阳极火花沉积。它是在Mg、Al、Ti等有色金属表面原位生长陶瓷膜的一种新技术。微弧氧化(MAO)突破传统阳极氧化技术的限制，电压由工作区域引入到高压放电区。电压由几十伏迅速提高到几百伏，氧化电流由小电流发展到大电流，使工件表面产生火花放电、辉光甚至火花斑。采用该技术能在合金表面生长一层致密的氧化物陶瓷膜。该膜与基体结合力强、厚度可控制，并且处理工件尺寸变化小，极大改善了合金的耐磨损、耐腐蚀、抗热冲击及绝缘性能，在航空、航天、机械、电子以及生物材料等领域有广泛的应用前景。但是，目前的镁合金微弧氧化技术还不够成熟，问题主要为氧化膜表面不均匀，耐蚀性差，采用的电解液剧毒等缺点。
（三）发明内容
本发明的第一个目的是提供一种铝酸盐电解液，所述电解液不含对环境和人体有害的Cr6+离子和p元素，成分简单，工艺稳定，由其形成的镁合金微弧氧化膜致密、美观、抗腐蚀性能较好。
本发明的第二个目的是提供所述的铝酸盐电解液在制备镁合金微弧氧化膜中的应用，所制得的镁合金微弧氧化膜致密、美观、抗腐蚀性能较好。
下面对本发明的技术方案做具体说明。
本发明提供了一种铝酸盐电解液，所述的铝酸盐电解液由NaAlO2、NaOH、KF和去离子水配制而成，其中各组分含量为：NaAlO212~20g/L，NaOH4~10g/L，KF5~15g/L，并且所述的铝酸盐电解液的pH值在10~12之间。
优选的，所述的铝酸盐电解液中各组分含量为：NaAlO212g/L，NaOH4g/L，KF15g/L。
本发明还提供了所述的铝酸盐电解液在制备镁合金微弧氧化膜中的应用，所述应用包括如下步骤：
（1）镁合金经过预处理得到预处理过的镁合金；
（2）将所述的铝酸盐电解液置于不锈钢电解槽中，以预处理过的镁合金作为阳极，以不锈钢电解槽作为阴极，启动电源对预处理过的镁合金进行微弧氧化处理，微弧氧化的工艺参数为：电流密度40~140mA/cm2，占空比10~40%，频率为400~1000Hz，通电时间10~40min；
（3）将经过微弧氧化处理的镁合金清洗、干燥，即在所得镁合金表面获得微弧氧化膜。
本发明所述镁合金采用铸造镁合金，优选采用AZ91D镁合金。
所述步骤（1）中，所述的预处理包括常规的切割、打磨、除油、干燥等步骤。本领域技术人员可以根据实际需要将镁合金切割成一定尺寸的小块(如尺寸为32*32*10mm的小块)。所述的打磨可使用800＃、1000＃、1200＃水砂纸逐级打磨至表面平整光滑，然后用酒精冲洗，凉风烘干。所述的除油为：对打磨好的镁合金进行碱洗处理，碱洗液的组分为NaOH20~40g/L，Na2CO315~25g/L，Na3PO430~50g/L，碱洗时间为1~12分钟，然后用酒精冲洗，凉风烘干。所述的镁合金在除油后放入干燥皿中备用。
所述步骤（2）中，采用单向正向脉冲电流，恒流法模式进行微弧氧化处理。
所述步骤（3）中，经过微弧氧化处理的镁合金用去离子水清洗、烘干后，即在所述镁合金表面制得微弧氧化膜。
与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：
（1）本发明所采用的电解液不含对环境和人体有害的Cr6+离子和p元素，成分简单，工艺稳定；
（2）原料廉价、普通，利于工业化生产；
（3）形成的镁合金氧化膜致密，，SEM扫描电镜正面和侧面如图所示；抗腐蚀性能较好，表现为Tafel极化曲线的腐蚀电流较低，极化电阻较高。
（四）附图说明
图1是实施例1产品的正面SEM扫描图片。
图2是实施例3产品的截面SEM扫描图片。
（五）具体实施方式
下面结合具体方式对本发明进行进一步描述：
实施例1：
样品为AZ91D镁合金，大小为32*32*10mm，具体操作步骤为：
1.机械预处理：用800#，1000#，1200#的水砂纸进行打磨至表面平整光滑后用酒精冲洗备用。
2.除油：碱液成分为NaOH40g/L，Na2CO325g/L，Na3PO450g/L，处理时间1min后用酒精冲洗，凉风烘干10min。
3.配置电解液：NaAlO212g/L，NaOH4g/L，KF15g/L，用去离子水配成4L溶液。
微弧氧化：将预处理过的镁合金作为电解槽阳极，不锈钢容器作为电解槽阴极，采用单向正脉冲电流对镁合金进行微弧氧化处理，工艺参数为:电流密度120mA/cm2，占空比20%，频率666.7Hz，处理时间25min。
后处理：去离子水冲洗后烘干备用。
测试：将制得镁合金用CHI660C电化学工作站测试性能，测得自腐蚀电位-1.4204v，腐蚀电流1.644×10-7A/cm2，极化电阻2.120×105ohm·cm2；利用德国Minitest测厚仪测得厚度约为20μm。
实施例2：
按照实施例1的方法进行制备，不同处在于步骤4中工艺参数为：电流密度100mA/cm2，占空比20%，频率666.7Hz，通电时间25min。
将制得镁合金用CHI660C电化学工作站测试性能，测得自腐蚀电位-1.3400v，腐蚀电流1.031×10-6A/cm2，极化电阻3.126×104ohm·cm2；利用德国Minitest测厚仪测得厚度约为18μm。
实施例3：
按照实施例1的方法进行制备，不同处在于步骤4中工艺参数为：电流密度120mA/cm2，占空比30%，频率666.7Hz，通电时间25min。
将制得镁合金用CHI660C电化学工作站测试性能，测得自腐蚀电位-1.4844v，腐蚀电流5.646×10-7A/cm2，极化电阻7.773×104ohm·cm2；利用德国Minitest测厚仪测得厚度约为14μm。
实施例4：
按照实施例1的方法进行制备，不同处在于步骤4中工艺参数为：电流密度120mA/cm2，占空比20%，频率666.7Hz，通电时间35min。
将制得镁合金用CHI660C电化学工作站测试性能，测得自腐蚀电位-1.5311v，腐蚀电流1.171×10-6A/cm2，极化电阻2.851×104ohm·cm2；利用德国Minitest测厚仪测得厚度约为24μm。
实施例5：
按照实施例1的方法进行制备，不同处在于步骤4中工艺参数为：电流密度80mA/cm2，占空比20%，频率666.7Hz，通电时间25min。
将制得镁合金用CHI660C电化学工作站测试性能，测得自腐蚀电位-1.4740v，腐蚀电流4.606×10-7A/cm2，极化电阻8.703×104ohm·cm2；利用德国Minitest测厚仪测得厚度约为16μm。
实施例6：
按照实施例1的方法进行制备，不同处在于步骤3中电解液配方为：NaAlO220g/L，NaOH10g/L，KF5g/L。
将制得镁合金用CHI660C电化学工作站测试性能，测得自腐蚀电位-1.4630v，腐蚀电流2.179×10-6A/cm2，极化电阻8.646×103ohm·cm2；利用德国Minitest测厚仪测得厚度约为25μm。

Claims (3)

1.一种铝酸盐电解液在制备镁合金微弧氧化膜中的应用，其特征在于所述应用包括如下步骤：
(1)镁合金经过预处理得到预处理过的镁合金；
(2)将铝酸盐电解液置于不锈钢电解槽中，所述的铝酸盐电解液由NaAlO2、NaOH、KF和去离子水配制而成，其中各组分含量为：NaAlO212g/L，NaOH4g/L，KF15g/L；以预处理过的镁合金作为阳极，以不锈钢电解槽作为阴极，启动电源对预处理过的镁合金进行微弧氧化处理，微弧氧化的工艺参数为：电流密度40～140mA/cm2，占空比10～40％，频率为400～1000Hz，通电时间10～40min；
(3)将经过微弧氧化处理的镁合金清洗、干燥，即在所得镁合金表面获得微弧氧化膜。
2.如权利要求1所述的应用，其特征在于：所述镁合金采用AZ91D镁合金。
3.如权利要求1所述的应用，其特征在于：所述步骤(2)中，采用单向正向脉冲电流，恒流法模式进行微弧氧化处理。
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