CN105063721B

CN105063721B - 镁合金阳极氧化电解液及该电解液制备阳极氧化膜的方法

Info

Publication number: CN105063721B
Application number: CN201510536457.9A
Authority: CN
Inventors: 李文芳; 张明康; 张果戈
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2015-08-26
Filing date: 2015-08-26
Publication date: 2017-12-01
Anticipated expiration: 2035-08-26
Also published as: CN105063721A

Abstract

本发明属于镁合金表面处理技术领域，公开了一种镁合金阳极氧化电解液及该电解液制备阳极氧化膜的方法。所述电解液的组成为：四硼酸钠10g/L～50g/L，硼酸10～30g/L，氢氧化钠5～30g/L，成膜促进剂4～15g/L，缓冲剂5～10g/L；调节电解液的pH值为8.5～9.5。本发明利用上述的电解液中进行阳极氧化处理，得到阳极氧化膜。所制备的阳极氧化膜为黑色膜层，耐蚀性能优良。而本发明的电解液体系稳定，环保无毒，成本低廉，易于实现产业化；本发明的阳极氧化工艺温度不高，利于节约能源；阳极氧化电压较低，无火花放电现象，无需大型冷却设备，工艺简单，能耗较低。

Description

镁合金阳极氧化电解液及该电解液制备阳极氧化膜的方法

技术领域

本发明属于镁合金表面处理技术领域，具体涉及一种镁合金阳极氧化电解液及该电解液制备阳极氧化膜的方法。

背景技术

镁合金阳极氧化技术是指在特定的电解液体系中，以镁合金为阳极，外加电流，在其表面生成一层阳极氧化膜的工艺。在镁合金表面形成的阳极氧化膜可以提高其耐腐蚀性能，保护金属表面。目前，这种处理方法广泛应用于汽车零部件，电子通讯领域，生物材料等方面。

已商业化的镁合金阳极氧化电解液体系大多含有Cr、F与P等污染环境的物质，亟待研究出经济环境友好型阳极氧化电解液体系。目前镁合金环保型电解液体系多数集中在阳极氧化火花放电区域，在该区域能耗较大，设备复杂，难于广泛应用。由于无火花放电过程与火花放电阳极氧化过程不同，电参数的影响也不同，对于无火花放电过程的电参数影响有待进一步研究。对于低电压阳极氧化的研究较少，且大部分膜层形貌、颜色等不均匀，影响镁合金的实用价值。

发明内容

为了克服现有技术的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种镁合金阳极氧化电解液。本发明的电解液体系稳定，环保无毒，成本低廉，易于实现产业化。

本发明的另一目的在于提供由上述电解液制备黑色阳极氧化膜的方法。通过本发明的方法解决了镁合金阳极氧化膜的一步着色问题，提高了镁合金的耐腐蚀性能，在低电压的条件下获得性能优异的阳极氧化膜。本发明的阳极氧化膜为均匀的黑色膜层，该膜层具有良好的耐腐蚀性能。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种镁合金阳极氧化电解液组成为：四硼酸钠10g/L～50g/L，硼酸10～30g/L，氢氧化钠5～30g/L，成膜促进剂4～15g/L，缓冲剂5～10g/L；电解液的pH值为8.5～9.5。

所述成膜促进剂为碳酸钠或钼酸钠；所述缓冲剂柠檬酸钠或酒石酸钠中一种以上。所述电解液的pH为8.5～9.5，采用氢氧化钠溶液进行调节，所述氢氧化钠溶液的浓度为20wt％。

一种利用上述镁合金阳极氧化电解液制备镁合金黑色阳极氧化膜的方法，包括以下步骤：

1)前处理：砂纸打磨，进行热碱洗；

2)阳极氧化：将经过步骤1)前处理的镁合金置于镁合金阳极氧化电解液中，进行交流阳极氧化；所述阳极氧化的阴极材料为不锈钢；

3)后处理：将经过步骤2)阳极氧化后的镁合金于70～100℃干燥20～30min，得到阳极氧化膜。

所述前处理的热碱洗工艺为将镁合金置于50℃～60℃的碱性溶液中，浸泡10～30min，碱性溶液组成为氢氧化钠40～50g/L，磷酸三钠10～20g/L，无水碳酸钠2～6g/L。

所述阳极氧化的条件为阳极氧化时使用交流电源输出正弦波形，电压为8～14V，电流密度为2A～10A/dm²，频率为50Hz，阳极氧化电解液温度为20℃～30℃，阳极氧化时间为20～60min。

所述阳极氧化膜为均匀的黑色膜层，该膜层具有良好的耐腐蚀性能，是一种具有较大应用前景的镁合金阳极氧化工艺。

与现有的技术相比，本发明具有如下优点：

1)本发明的电解液体系稳定，环保无毒，成本低廉，易于实现产业化；

2)本发明的阳极氧化工艺温度为20℃～30℃，温度不高，利于节约能源；阳极氧化电压为8～14V，电压较低，无火花放电现象，无需大型冷却设备，工艺简单，能耗较低；

3)本发明实现了镁合金的阳极氧化一步着色，获得黑色的阳极氧化膜，且耐蚀性能优良。

附图说明

图1为未处理的镁合金(空白试样)与实施例4制备的阳极氧化处理的镁合金(阳极氧化试样)在3.5wt％NaCl溶液中的极化曲线；

图2为实施例4制备的阳极氧化处理的镁合金表面即阳极氧化膜的SEM图；

图3为实施例4制备的阳极氧化处理的镁合金表面即阳极氧化膜的EDS谱图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

一种镁合金阳极氧化电解液组成为：四硼酸钠20g/L，硼酸10g/L，氢氧化钠5g/L，碳酸钠5g/L，柠檬酸钠6g/L；采用20wt％的氢氧化钠溶液调节电解液的pH值至8.5。

利用上述镁合金阳极氧化电解液制备黑色阳极氧化膜的方法，包括以下步骤：

1)前处理：砂纸打磨至1500#，然后将镁合金放入55℃的碱洗液中，浸泡时间为15min；所述碱洗液组成为氢氧化钠50g/L，磷酸三钠20g/L，无水碳酸钠5g/L；

2)阳极氧化：将经过步骤1)前处理的镁合金放入上述的阳极氧化电解液中进行交流阳极氧化；交流阳极氧化时，设置波形为正弦波形，电压为8V，电流密度为4A/dm²，频率50Hz，阳极氧化电解液温度为20℃，阳极氧化时间为20min；

3)后处理：将经过步骤2)处理的镁合金置于烘箱中，烘干温度80℃，烘干时间30min，得到阳极氧化膜。所述阳极氧化膜为黑色膜层，膜层表面光滑，并有有少量细小的灰色条纹出现，膜层的厚度约为3.2μm。

本实施例的黑色阳极氧化膜耐腐蚀性能参数如下：腐蚀电流密度为2.25μA·cm^-2，线性极化电阻为8.3kΩ。

实施例2

一种镁合金阳极氧化电解液组成为：四硼酸钠30g/L，硼酸20g/L，氢氧化钠5g/L，钼酸钠5g/L，柠檬酸钠8g/L；采用20wt％的氢氧化钠溶液调节电解液的pH值至8.8。

采用镁合金阳极氧化电解液制备黑色阳极氧化膜的方法，包括以下步骤：

1)前处理：砂纸打磨至1500#，然后将镁合金放入60℃的碱洗液中，浸泡时间为10min；所述碱洗液组成为氢氧化钠50g/L，磷酸三钠20g/L，无水碳酸钠5g/L；

2)阳极氧化：将经过步骤1)前处理的镁合金放入上述的阳极氧化电解液中进行交流阳极氧化；交流阳极氧化时，设置波形为正弦波形，电压为10V，电流密度为6A/dm²，频率50Hz，阳极氧化电解液温度为25℃，时间为30min；

3)后处理：将经过步骤2)处理的镁合金置于烘干箱中，烘干温度100℃，烘干时间25min，得到阳极氧化膜。所述阳极氧化膜为黑色膜层，膜层表面光滑，并有有少量细小的灰色条纹出现，膜层的厚度约4.0μm。

本实施例的黑色阳极氧化膜耐腐蚀性能参数如下：腐蚀电流密度为2.29μA·cm^-2，线性极化电阻为14.0kΩ。

实施例3

一种镁合金阳极氧化电解液组成为：四硼酸钠40g/L，硼酸15g/L，氢氧化钠10g/L，钼酸钠6g/L，柠檬酸钠10g/L；采用20wt％的氢氧化钠溶液调节电解液的pH值至9.0。

采用上述镁合金阳极氧化电解液制备黑色阳极氧化膜的方法，包括以下步骤：

1)前处理：砂纸打磨至1500#，然后将镁合金放入50℃的碱洗液中，浸泡时间为30min；所述碱洗液组成为氢氧化钠50g/L，磷酸三钠20g/L，无水碳酸钠5g/L。

2)阳极氧化：将经过步骤1)前处理的镁合金放入上述的阳极氧化电解液中进行交流阳极氧化；交流阳极氧化时，设置波形为正弦波形，电压为12V，电流密度为8A/dm²，频率50Hz，阳极氧化电解液温度为20℃，时间为40min；

3)后处理：将经过步骤2)处理的镁合金置于烘干箱中，烘干温度90℃，烘干时间20min，得到阳极氧化膜。所述阳极氧化膜为黑色膜层，膜层表面光滑，并有有少量细小的灰色条纹出现，膜层的厚度约3.6μm。

本实施例的黑色阳极氧化膜耐腐蚀性能参数如下：腐蚀电流密度为0.72μA·cm^-2，线性极化电阻为24.5kΩ。

实施例4

一种镁合金阳极氧化电解液组成为：四硼酸钠50g/L，硼酸10g/L，氢氧化钠15g/L，碳酸钠6g/L，柠檬酸钠8g/L；采用20wt％的氢氧化钠溶液调节电解液的pH值至9.5。

1)前处理：砂纸打磨至1500#，然后将镁合金放入60℃的碱洗液中，浸泡时间为15min；所述碱洗液组成为氢氧化钠50g/L，磷酸三钠20g/L，无水碳酸钠5g/L；

2)阳极氧化：将经过步骤1)前处理的镁合金放入上述的阳极氧化电解液中进行交流阳极氧化；交流阳极氧化时，设置波形为正弦波形，电压为8V，电流密度为6A/dm²，频率50Hz，阳极氧化电解液温度为20℃，时间为60min；

3)后处理：将经过步骤2)处理的镁合金置于烘干箱中，烘干温度80℃，烘干时间25min，最后镁合金的表面形成一层均匀的黑色阳极氧化膜。所制备的阳极氧化膜层光滑，黑色膜层表面有少量细小的灰色条纹出现，厚度约为4.2μm。

将实施例4阳极氧化处理后的镁合金试样与未处理的镁合金试样进行耐腐蚀的测试(腐蚀电流密度和线性极化电阻，3.5wt％NaCl溶液中进行测试)，测量的极化曲线如图1所示；根据图1的极化曲线拟合分析获得的数据见表1。

表1极化曲线拟合分析的结果

试样类型	I_corr(μA·cm^-2)	R_p(kΩ)
			未处理的镁合金试样(空白试样)	16.93	2.8
阳极氧化处理镁合金试样	0.29	148.7

由表1可知，经本发明阳极氧化工艺处理后，试样的腐蚀电流密度降低了2个数量级，线性极化电阻增大了2个数量级，说明耐腐蚀能力大幅度提高。

采用环境扫描电子显微镜观察分析了试样表面阳极氧化膜(实施例4制备的阳极氧化膜)微观结构与组成，结果如图2、3所示，其中图2为SEM图，图3为EDS图。从图3的EDS分析，分析结果如表2所示。由图3和表2可知，阳极氧化膜中可以检测到Mg、Al、O等元素。

表2阳极氧化膜的EDS分析结果

元素	wt.％	at.％
			O	49.0	59.5
Mg	47.2	37.7
			Al	3.9	2.8

最后说明的是，以上具体实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实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，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种利用镁合金阳极氧化电解液制备阳极氧化膜的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)前处理：砂纸打磨，进行热碱洗；

2)阳极氧化：将经过步骤1)前处理的镁合金置于镁合金阳极氧化电解液中，进行交流阳极氧化；

3)后处理：将经过步骤2)阳极氧化后的镁合金进行烘干，得到阳极氧化膜；

所述阳极氧化的条件为阳极氧化时使用交流电源输出正弦波形，电压为8～14V，电流密度为2A～10A/dm²，频率为50Hz，阳极氧化电解液温度为20℃～30℃，阳极氧化时间为20～60min；

所述镁合金阳极氧化电解液的组成为：四硼酸钠10g/L～50g/L，硼酸10～30g/L，氢氧化钠5～30g/L，成膜促进剂4～15g/L，缓冲剂5～10g/L；调节电解液的pH值为8.5～9.5；

所述成膜促进剂为碳酸钠或钼酸钠中的一种以上；所述缓冲剂为柠檬酸钠或酒石酸钠中的一种以上。

2.根据权利要求1所述利用镁合金阳极氧化电解液制备阳极氧化膜的方法，其特征在于：所述调节电解液pH值的物质为氢氧化钠溶液，所述氢氧化钠溶液的浓度为20wt％。

3.根据权利要求1所述利用镁合金阳极氧化电解液制备阳极氧化膜的方法，其特征在于：步骤(1)中所述前处理的热碱洗是指将镁合金置于50℃～60℃的碱性溶液中，浸泡10～30min。

4.根据权利要求3所述利用镁合金阳极氧化电解液制备阳极氧化膜的方法，其特征在于：所述碱性溶液组成为氢氧化钠40～50g/L，磷酸三钠10～20g/L，无水碳酸钠2～6g/L。

5.根据权利要求1所述利用镁合金阳极氧化电解液制备阳极氧化膜的方法，其特征在于：所述烘干条件为烘干温度为70～100℃，烘干的时间为20～30min。