CN102899703A

CN102899703A - 一种硅酸盐电解液及其在制备镁合金微弧氧化膜中的应用

Info

Publication number: CN102899703A
Application number: CN2012103270183A
Authority: CN
Inventors: 楼白杨; 刘方立
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2012-09-06
Filing date: 2012-09-06
Publication date: 2013-01-30

Abstract

本发明公开了一种硅酸盐电解液及其在制备镁合金微弧氧化膜中的应用，所述的硅酸盐电解液由Na₂SiO₃、NaOH、KF、甘油和去离子水配制而成，其中各组分含量为：Na₂SiO₃8~16g/L，KF 8~16g/L，NaOH 2~6g/L，甘油3~15mL/L。所述硅酸盐电解液可应用于制备镁合金微弧氧化膜。该电解液成分简单，工艺稳定，不含对人体有害的Cr⁶⁺，在镁合金微弧化氧化过程中制得的陶瓷膜层具有高耐腐蚀性能且表面致密均匀，与基体结合性好。

Description

一种硅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

本发明属于镁合金表面防腐技术领域，具体涉及一种硅酸盐电解液及其在制备镁合金微弧氧化膜中的应用。

（二）技术背景

镁合金是最轻的金属结构材料，具有比强度高、导热性好、可回收性、抗电磁干扰等特点。镁合金作为一种十分理想的现代工业材料,被广泛应用于航空航天、汽车制造、电子通讯等领域。但是镁合金电极电位较低，化学性质活泼，在潮湿的环境中极易被腐蚀。虽然没镁合金在空气中可以生成自然氧化，生成钝化膜，但是氧化膜疏松多孔而导致耐蚀性较差，对基体起不到有效的保护作用，进一步推广应用到很大限制。所以镁合金使用时必须进行适当的表面防腐处理。

目前，可用于镁合金表面防护的方法有很多，如化学转化膜、电镀及化学镀、阳极氧化等。转化膜由于厚度薄、耐蚀性较差，对镁合金基体的保护效果有限，而且传统的铬酸盐转化膜含有Cr⁶⁺，既影响人体健康，也会破坏环境；阳极氧化膜多孔，封孔处理后其耐蚀性才能提高，处理成本上升；电镀及化学镀前处理相当困难，且镀液存在污染。在腐蚀环境中，上述膜层均不能提高有效的防护。

微弧氧化技术是一种新型的金属表面处理技术。其原理是通过脉冲电参数和电解液的匹配调整，利用表面微区弧光放电现象，进而在金属表面原位生长出一层陶瓷膜层，以起到改善材料的耐磨、耐蚀、耐热冲击及绝缘性能的作用。近年来,虽然微弧氧化技术发展迅猛,但是这一技术仍还不够成熟，仍存在着维护氧化膜表面不均匀、致密度低、与基体集合强度低、耐腐蚀性能较差等问题。

（三）发明内容

为解决现有镁合金微弧氧化技术中存在的不足，本发明提供了一种硅酸盐电解液及其在制备镁合金微弧氧化膜中的应用，该电解液成分简单，工艺稳定，不含对人体有害的Cr⁶⁺，在镁合金微弧化氧化过程中制得的陶瓷膜层具有高耐腐蚀性能且表面致密均匀，与基体结合性好。

下面对本发明的技术方案做具体说明。

本发明提供了一种硅酸盐电解液，所述的硅酸盐电解液由Na₂SiO₃、NaOH、KF、甘油和去离子水配制而成，其中各组分含量为：Na₂SiO₃8~16g/L，KF 8~16g/L，NaOH 2~6g/L，甘油3~15mL/L。

优选的，所述的硅酸盐电解液中各组分含量为：Na₂SiO₃10~14g/L，KF 8~12g/L，NaOH2~4g/L，甘油6~12mL/L。

本发明还提供了所述的硅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）将所述的硅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：频率600~700Hz，占空比20~30%，电流密度4~10A/dm²，时间10~50min；

（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。

本发明中，所述镁合金优选采用AZ31B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、清洗、干燥等步骤。本领域技术人员可以根据实际需要将镁合金试样切割成一定尺寸的小块。所述的打磨可使用150＃、400＃、600＃、800＃、1000＃、1200＃水砂纸逐级打磨。所述的除油为：先对打磨好的镁合金进行碱洗处理，碱洗液的组分为氢氧化钠30~40g/L、碳酸氢钠10~20g/L、磷酸二钠40~50g/L，碱洗时间为15~20分钟，处理至没有油污为止；然后依次用去离子水冲洗，酒精清洗，冷风吹干；借助数控超声波清洗器，将镁合金放入丙酮中进行清洗，除掉切割试样时留下的碎屑、镁粉，进一步去除油污。所述的清洗为：将除油后的镁合金依次用去离子水冲洗，酒精清洗。最后清洗后的镁合金冷风吹干即得预处理过的镁合金。

所述步骤（2）中，采用单向正向脉冲，恒流法模式进行微弧氧化处理。优选的微弧氧化的工艺参数为：频率700Hz，占空比20%，电流密度4~8A/dm²，时间20~30min；

所述步骤（3）中，将经过微弧氧化处理的镁合金可用去离子水和酒精依次清洗。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

（1）本发明采用的电解液成分简单，工艺稳定，不含对人体有害的Cr⁶⁺。

（2）本发明所用设备简单，操作方便，生产效率高。

（3）本发明制得的膜层表面致密均匀，与镁合金基体结合牢固，耐腐蚀性能优异。

（四）附图说明

图1是实施例1制得的微弧氧化膜的表面微观形貌图（SEM图）。

图2是实施例1制得的微弧氧化膜在72小时浸泡试验后的表面微观形貌（SEM图）。

（五）具体实施方式

下面以具体实施例来对发明方案做进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。

实施例1：

样品为AZ31B镁合金，大小为30mm×40mm×3mm的长方体，具体操作步骤为：

1．对镁合金试样进行打磨，用150＃，400＃，600＃，800＃，1000＃，1200＃水砂纸逐级打磨；其次，对打磨好的镁合金试样进行碱洗处理，碱洗液的组分为氢氧化钠40g/L、碳酸氢钠20g/L、磷酸二钠50g/L，时间为15分钟，处理至没有油污为止；然后依次用去离子水冲洗，酒精清洗，冷风吹干；借助数控超声波清洗器，将试样放入丙酮中进行清洗，除掉切割试样时留下的碎屑、镁粉，进一步去除油污。最后依次用去离子水冲洗，酒精清洗，冷风吹干；

2．碱性硅酸盐电解液的配置，采用去离子水，按照Na₂SiO₃14g/L，KF 12g/L，NaOH 4g/L，甘油9mL/L的配比配置电解液；

3．将镁合金制品放置于不锈钢电解槽中，倒入碱性硅酸盐电解液，不锈钢槽作为电解池和对电极，启动电源，采用单向正向脉冲，恒流法模式进行微弧氧化处理，工艺参数为频率700Hz，占空比20%，电流密度6A/dm²，时间20min。

4．后处理阶段，微弧氧化过后，将试样从夹子上取下，并用去离子水和酒精冲洗，最后干燥。

本实验方式制备得到的微弧氧化膜，其自腐蚀电位为-1.184V，比镁合金基体的自腐蚀电位（-1.400V）提高了216mV；本实验方式制备得到的微弧氧化膜，其腐蚀电流密度为1.06×10^-10A/cm²，比镁合金的腐蚀电流密度（6.30×10^-6A/cm²）降低了4个数量级。同时，本实验方式对制得的微弧氧化膜按照国家标准GB 10124-88进行了浸泡腐蚀试验，即在室温下将试样置于pH=7的3.5wt%NaCl盐水溶液中浸泡。浸泡72小时后，根据扫描电镜结果显示，将膜层显微图像放大5000倍后进行观察，膜层完好，只在膜层表面出现少量的微裂纹，膜层表面无腐蚀点。耐腐蚀性能相比镁合金有了质的提高。

实施例2：

按照实例1的方法制备镁合金微弧氧化膜，所不同在于：步骤2中的电解液配方为：Na₂SiO₃12g/L，KF 8g/L，NaOH 3g/L，甘油6mL/L；步骤3中的工艺参数为：电流密度4A/dm²。其他反应条件如实施例1。

本实验方式制备得到的微弧氧化膜，其自腐蚀电位为-1.213V，比镁合金基体的自腐蚀电位（-1.400V）提高了187mV；本实验方式制备得到的微弧氧化膜，其腐蚀电流密度为5.38×10^-9A/cm²，比镁合金的腐蚀电流密度（6.30×10^-6A/cm²）降低了3个数量级。同时，本实验方式对制得的微弧氧化膜按照国家标准GB 10124-88进行了浸泡腐蚀试验，即在室温下将试样置于pH=7的3.5wt%NaCl盐水溶液中浸泡。浸泡72小时后，根据扫描电镜结果显示，将膜层显微图像放大5000倍后进行观察，膜层完好，只在膜层表面出现少量的微裂纹，膜层表面无腐蚀点。耐腐蚀性能相比镁合金有了质的提高。

实施例3：

按照实例1的方法制备镁合金微弧氧化膜，所不同在于：步骤2中的电解液配方为：Na₂SiO₃10g/L，KF 10g/L，NaOH 2g/L，甘油12mL/L；步骤3中的工艺参数为：电流密度8A/dm²。其他反应条件如实施例1。

本实验方式制备得到的微弧氧化膜，其自腐蚀电位为-1.273V，比镁合金基体的自腐蚀电位（-1.400V）提高了127mV；本实验方式制备得到的微弧氧化膜，其腐蚀电流密度为1.34×10^-8A/cm²，比镁合金的腐蚀电流密度（6.30×10^-6A/cm²）降低了2个数量级。同时，本实验方式对制得的微弧氧化膜按照国家标准GB 10124-88进行了浸泡腐蚀试验，即在室温下将试样置于pH=7的3.5wt%NaCl盐水溶液中浸泡。浸泡72小时后，根据扫描电镜结果显示，将膜层显微图像放大5000倍后进行观察，膜层完好，只在膜层表面出现少量的微裂纹，膜层表面无腐蚀点。耐腐蚀性能相比镁合金有了质的提高。

实施例4：

按照实例1的方法制备镁合金微弧氧化膜，所不同在于：步骤3中的工艺参数为：电流密度5A/dm²，时间30min。其他反应条件如实施例1。

本实验方式制备得到的微弧氧化膜，其自腐蚀电位为-1.225V，比镁合金基体的自腐蚀电位（-1.400V）提高了175mV；本实验方式制备得到的微弧氧化膜，其腐蚀电流密度为5.43×10^-9A/cm²，比镁合金的腐蚀电流密度（6.30×10^-6A/cm²）降低了3个数量级。同时，本实验方式对制得的微弧氧化膜按照国家标准GB 10124-88进行了浸泡腐蚀试验，即在室温下将试样置于pH=7的3.5wt%NaCl盐水溶液中浸泡。浸泡72小时后，根据扫描电镜结果显示，将膜层显微图像放大5000倍后进行观察，膜层完好，只在膜层表面出现少量的微裂纹，膜层表面无腐蚀点。耐腐蚀性能相比镁合金有了质的提高。

Claims

1.一种硅酸盐电解液，其特征在于：所述的硅酸盐电解液由Na₂SiO₃、NaOH、KF、甘油和去离子水配制而成，其中各组分含量为：Na₂SiO₃8~16g/L，KF 8~16g/L，NaOH 2~6g/L，甘油3~15mL/L。

2.如权利要求1所述的硅酸盐电解液，其特征在于所述的硅酸盐电解液中各组分含量为：Na₂SiO₃10~14g/L，KF 8~12g/L，NaOH 2~4g/L，甘油6~12mL/L。

3.如权利要求1所述的硅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；

4.如权利要求3所述的应用，其特征在于：所述镁合金采用AZ31B镁合金。

5.如权利要求3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。