CN104131326B - 一种用于镁合金微弧氧化的电解液 - Google Patents

一种用于镁合金微弧氧化的电解液 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于镁合金微弧氧化制备陶瓷层的电解液及相应的工艺方法，该电解液包含去离子水、六偏磷酸钠和添加剂，所述添加剂主要为氟化物、着色剂和碱金属氢氧化物。其中六偏磷酸钠含量为30‑70g/L，氟化物含量为2‑12g/L，着色剂含量为2‑10g/L，电解液pH值为7‑10。该电解液体系碱度较低，为弱碱性微弧氧化电解液，可以有效降低微弧‑电泳生产线中水洗工序的工艺复杂性，缩短生产线流程，减少污水排放，降低生产成本；使用本发明提供的电解液进行镁合金微弧氧化，制备的陶瓷层具有美观装饰性能，可以解决镁合金微弧氧化陶瓷层颜色单一的问题。

Description

一种用于镁合金微弧氧化的电解液
技术领域
本发明属于轻金属表面处理领域，具体涉及一种用于镁合金微弧氧化的电解液及其工艺方法。
背景技术
镁合金具有低密度、高比刚度及比强度、大的能量衰减系数及辅助散热性能等特点，是制造业“轻量化”发展过程中优先考虑的替用材料。但是，其电极电位较负、耐蚀性较差，必须施以合适的表面处理，否则难以满足防腐抗擦伤的表面防护性能要求。
微弧氧化作为一种轻金属表面处理技术，其原理是在外电路电参数与内电路溶液特性的匹配调整下，于起阳极作用的铝、镁等及其合金表面原位生成一层氧化物陶瓷层，从而起到保护基体免受环境腐蚀和意外擦伤的作用。
目前，镁合金微弧氧化所使用的电解液多为硅酸盐添加氟化物组成的强碱体系，pH高达12以上。使用此类电解液进行微弧氧化，最大问题在于增加了微弧-电泳生产线中水洗工序的工艺复杂性，而且制备的微弧氧化膜层颜色单一，装饰性效果较差，无法满足社会群体对电子产品壳体材料的美观性要求。在这种情况下，研发一种制备彩色镁合金微弧氧化膜层的弱碱性电解液及其相应的工艺方法，以期降低微弧-电泳生产线中水洗工序的工艺复杂性和提高美观装饰性能，具有广阔的市场前景。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种镁合金微弧氧化电解液及其相应的工艺方法，该电解液体系碱度低，生成的膜层具有美观装饰性能。
本发明提供的电解液适用于所有镁合金型号，该电解液体系以六偏磷酸钠为主盐，包含去离子水和添加剂，其中添加剂为氟化物、着色剂和碱金属氢氧化物，电解液的pH值为7-10。
根据本发明提供的电解液，所述电解液中的氟化物为氟化钾或氟化钠中的一种。着色剂为钒酸盐中的一种，所述钒酸盐为偏钒酸铵、钒酸铵、焦钒酸钠中任意一种。
根据本发明提供的电解液，所述电解液中各物质的组分为：六偏磷酸钠含量为30-70g/L，氟化物含量为2-12g/L，着色剂含量为2-10g/L，所述药品均为化学纯。
根据本发明提供的电解液，电解液的pH值为7-10，所述电解液的pH值可以通过本领域技术人员公知的方法来调节，例如通过加入碱金属氢氧化物来调节，所述碱金属氢氧化物可以采用氢氧化钠或氢氧化钾中的一种。
根据本发明提供的电解液，可以通过选择不同组分的着色剂或改变着色剂组分在微弧氧化电解液体系中的添加量，以及改变工艺参数等参量，制备具有不同颜色或不同颜色深度的微弧氧化膜层。
根据本发明提供的电解液，可以通过添加本领域技术人员公知的其他着色剂制备不同颜色的镁合金微弧氧化陶瓷层，例如通过加入草酸钛钾、重铬酸钾、铬酸钾和硫酸铜等，均可制备不同颜色的镁合金微弧氧化陶瓷层。
本发明还提供了上述用于镁合金微弧氧化电解液的制备方法，具体包括以下步骤：
将六偏磷酸钠以30-70g/L的添加量缓慢加入到去离子水中，充分搅拌至完全溶解，然后添加2-12g/L的氟化物，充分搅拌均匀，再将2-10g/L的着色剂加入上述溶液中搅拌均匀，最后加入适量的碱金属氢氧化物调节pH值至7-10即可，六偏磷酸钠、氟化物、着色剂的添加量均以去离子水的量为基准计。
本发明还提供了一种制备彩色镁合金微弧氧化陶瓷层的方法，具体包括下述步骤：
步骤(1)：先准备1个已具有8-10μm白色微弧氧化陶瓷层的镁合金样件；
步骤(2)：以镁合金样件作阳极，不锈钢板作阴极；
步骤(3)：以本发明提供电解液作微弧氧化电解液；
步骤(4)：连接冷却装置，控制电解液温度在30-40℃；
步骤(5)：检查好整个回路的线路连接，然后设定电参数，其中平均电流密度设定为1.5-3A/dm2，电压控制在400-500V；
步骤(6)：开启微弧氧化电源进行氧化处理5-15min；
步骤(7)：微弧氧化结束后，取出样件用水冲洗干净并吹干；
根据本发明提供的电解液及相应的工艺方法，最终可以获得20-30μm厚的绿色镁合金微弧氧化膜层。
本发明提供的电解液比现有镁合金微弧氧化电解液的pH值低，但降低电解液pH值的同时电导率也在降低(20-30mS/cm)。常用镁合金微弧氧化电解液的电导率一般在40-60mS/cm，低电导率不利于高阻抗层的形成，进而很难达到击穿电压形成微弧氧化膜层。而本发明提供的工艺方法(二次成膜方法)，其优点是首先生成的一层白色微弧氧化膜层可以充当高阻抗层的作用，进而提高电压使其容易达到临界击穿电压，产生微弧放电现象，生成20-30μm厚的微弧氧化膜层。
相比于现有技术，本发明提供的电解液及相应的工艺方法具有下列优势：
(1)电解液碱度较低(pH＝7-10)，为弱碱性微弧氧化电解液，可以有效降低微弧-电泳生产线中水洗工序的工艺复杂性，缩短生产线流程，减少污水排放，降低生产成本；
(2)使用本发明提供的电解液进行镁合金微弧氧化，制备的陶瓷层具有美观装饰性能，可以解决镁合金微弧氧化陶瓷层颜色单一的问题。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。
实施例1
配制电解液：将30g/L的六偏磷酸钠缓慢加入去离子水中搅拌至完全溶解，然后加入8g/L的氟化钾，搅拌均匀，再将6g/L的偏钒酸铵添加至上述溶液，最后添加适量的氢氧化钾调节pH值至8.5
彩色镁合金微弧氧化陶瓷层的制备步骤：
(1)取规格为50mm×50mm×3mm的已具有厚度为8μm的白色微弧氧化膜层的AZ31B镁合金试样；
(2)以AZ31B镁合金试样作阳极，不锈钢板作阴极；
(3)以上述配制的电解液作微弧氧化电解液；
(4)开启冷却装置，确保电解液的温度保持在30-40℃；
(5)检查好整个回路的线路连接，按2.5A/dm2设定平均电流密度，微弧氧化终止电压控制在450V；
(6)开启微弧氧化电源进行氧化处理10min；
(7)微弧氧化结束后，取出试样用去离子水冲洗干净，然后用吹风机吹干。
对上述工艺制得的陶瓷膜的厚度、粗糙度进行了检测。
实验结果：最终获得绿色镁合金微弧氧化膜层，采用北京时代集团公司生产的TT-230型数字式覆层涡流测厚仪测得膜层平均厚度为22μm，上海高致精密仪器有限公司制造的RA-200型粗糙度仪测得膜层表面粗糙度平均为1.92μm。
实施例2
配制电解液：将50g/L的六偏磷酸钠加入去离子水中搅拌至完全溶解，然后加入12g/L的氟化钠，搅拌均匀，再将2g/L的偏钒酸铵添加至上述溶液，最后添加适量的氢氧化钠调节pH值至10。
彩色镁合金微弧氧化陶瓷层的制备步骤：
(1)取规格为50mm×50mm×3mm的已具有厚度为9μm的白色微弧氧化膜层的AZ31B镁合金试样；
(2)以AZ31B镁合金试样作阳极，不锈钢板作阴极；
(3)以上述配制的电解液作微弧氧化电解液；
(4)开启冷却装置，确保电解液的温度保持在30-40℃；
(5)检查好整个回路的线路连接，按1.5A/dm2设定平均电流密度，微弧氧化终止电压控制在400V；
(6)开启微弧氧化电源进行氧化处理5min；
(7)微弧氧化结束后，取出试样用去离子水冲洗干净，然后用吹风机吹干。
对上述工艺制得的陶瓷膜的厚度、粗糙度进行了检测分析。
实验结果：最终获得草绿色镁合金微弧氧化膜层，采用北京时代集团公司生产的TT-230型数字式覆层涡流测厚仪测得膜层平均厚度为18.6μm，上海高致精密仪器有限公司制造的RA-200型粗糙度仪测得膜层表面粗糙度平均为1.67μm。
实施例3
配制电解液：将70g/L的六偏磷酸钠加入去离子水中搅拌至完全溶解，然后加入2g/L的氟化钾，搅拌均匀，再将10g/L的钒酸铵添加至上述溶液，最后添加适量的氢氧化钾调节pH值至10。
彩色镁合金微弧氧化陶瓷层的制备步骤：
(1)取规格为50mm×50mm×3mm的已具有厚度为10μm的白色微弧氧化膜层的AZ31B镁合金试样；
(2)以AZ31B镁合金试样作阳极，不锈钢板作阴极；
(3)以上述配制的电解液作微弧氧化电解液；
(4)开启冷却装置，确保电解液的温度保持在30-40℃；
(5)检查好整个回路的线路连接，按3A/dm2设定平均电流密度，微弧氧化终止电压控制在500V；
(6)开启微弧氧化电源进行氧化处理15min；
(7)微弧氧化结束后，取出试样用去离子水冲洗干净，然后用吹风机吹干。
对上述工艺制得的陶瓷膜的厚度、粗糙度进行了检测分析。
实验结果：最终获得墨绿色镁合金微弧氧化膜层，采用北京时代集团公司生产的TT-230型数字式覆层涡流测厚仪测得膜层平均厚度为25.3μm，上海高致精密仪器有限公司制造的RA-200型粗糙度仪测得膜层表面粗糙度平均为2.12μm。
实施例4
配制电解液：将60g/L的六偏磷酸钠加入去离子水中搅拌至完全溶解，然后加入10g/L的氟化钠，搅拌均匀，再将4g/L的焦钒酸钠添加至上述溶液，最后添加适量的氢氧化钾调节pH值至9。
彩色镁合金微弧氧化陶瓷层的制备步骤：
(1)取规格为50mm×50mm×3mm的已具有厚度为9.1μm的白色微弧氧化膜层的AZ31B镁合金试样；
(2)以AZ31B镁合金试样作阳极，不锈钢板作阴极；
(3)以上述配制的电解液作微弧氧化电解液；
(4)开启冷却装置，确保电解液的温度保持在30-40℃；
(5)检查好整个回路的线路连接，按2.6A/dm2设定平均电流密度，微弧氧化终止电压控制在480V；
(6)开启微弧氧化电源进行氧化处理10min；
(7)微弧氧化结束后，取出试样用去离子水冲洗干净，然后用吹风机吹干。
对上述工艺制得的陶瓷膜的厚度、粗糙度进行了检测分析。
实验结果：最终获得黄绿色镁合金微弧氧化膜层，采用北京时代集团公司生产的TT-230型数字式覆层涡流测厚仪测得膜层平均厚度为21.7μm，上海高致精密仪器有限公司制造的RA-200型粗糙度仪测得膜层表面粗糙度平均为1.85μm。
本发明具有如下优点，本发明所提供的电解液为弱碱性微弧氧化电解液，可以有效降低微弧-电泳生产线中水洗工序的工艺复杂性，缩短生产线流程，减少污水排放，降低生产成本；使用本发明提供的电解液进行镁合金微弧氧化，制备的陶瓷层具有美观装饰性能，可以解决镁合金微弧氧化陶瓷层颜色单一的问题。
尽管已经详细描述了本发明的实施方式，但是应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明的实施方式做出各种改变、替换和变更。

Claims (1)

1.一种制备彩色镁合金微弧氧化陶瓷层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)：先准备1个已具有8‐10μm白色微弧氧化陶瓷层的镁合金样件；
步骤(2)：以镁合金样件作阳极，不锈钢板作阴极；
步骤(3)：以电解液作微弧氧化电解液；
步骤(4)：连接冷却装置，控制电解液温度在30‐40℃；
步骤(5)：检查好整个回路的线路连接，然后设定电参数，其中平均电流密度设定为1.5‐3A/dm2，电压控制在400‐500V；
步骤(6)：开启微弧氧化电源进行氧化处理5‐15min；
步骤(7)：微弧氧化结束后，取出样件用水冲洗干净并吹干；
其中步骤(3)所述电解液由六偏磷酸钠、氟化物、着色剂、碱金属氢氧化物和去离子水组成；所述电解液pH值为7‐10；所述电解液各组分含量为：六偏磷酸钠含量为30‐70g/L，氟化物含量为2‐12g/L，着色剂含量为2‐10g/L；所述电解液中氟化物为氟化钾或氟化钠中的一种；所述电解液中着色剂为钒酸盐中的一种；所述钒酸盐为偏钒酸铵、钒酸铵、焦钒酸钠中任意一种；所述碱金属氢氧化物可为氢氧化钠或氢氧化钾中的一种；
步骤(3)所述电解液的制备方法，包括以下步骤：将六偏磷酸钠以30‐70g/L的添加量缓慢加入到去离子水中，充分搅拌至完全溶解，然后添加2‐12g/L的氟化物，充分搅拌均匀，再将2‐10g/L的着色剂加入上述溶液中搅拌均匀，最后加入适量的碱金属氢氧化物调节pH值至7‐10即可，六偏磷酸钠、氟化物、着色剂的添加量均以去离子水的量为基准计。
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