CN106906509B - 一种改善镁合金阳极氧化膜耐蚀性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改善镁合金阳极氧化膜耐蚀性的方法，该方法为：将镁合金进行打磨、清洗后，在含有氢氧化钠、硼酸钠、硅酸钠的电解液体系中进行恒电流阳极氧化。在阳极氧化过程中，同时给电解池施加一个第二电场，促进电解液中的阴离子向镁合金阳极移动，与镁离子生成更为致密的阳极氧化膜。由此制备方法所得镁合金阳极氧化膜的耐腐蚀性能得到显著增强。本方法方便易行、易于控制。由该方法制备所得的阳极氧化膜具有结构致密、耐蚀性得到增强的特点。

Description

一种改善镁合金阳极氧化膜耐蚀性的方法

技术领域

本发明涉及金属材料领域，尤其是镁合金的腐蚀与防护领域，特别涉及一种改善镁合金阳极氧化膜耐蚀性的方法。

背景技术

镁合金具有密度小、屈服强度高、弹性模量低等特点，镁合金在同样受力条件下，可消耗更大的变形功，具有降噪、减振功能，可承受较大的冲击震动负荷。因此，镁合金在交通工具、通讯器材、航空航天等具有轻量化需求的领域有着广泛的应用潜力和发展空间。但是镁合金的耐磨性和耐蚀性较差，特别是易腐蚀的特点，影响其结构性能和安全，阻碍了镁合金的推广应用。

提高镁合金的耐蚀性所采取的方法通常有：

（1）对镁合金基体进行改性。如进行的合金化处理可以显著提高镁的耐蚀性，同时使合金具有很高的屈服强度。

（2）对已成型的镁合金进行表面处理。主要有：（a）在镁合金表面涂覆一层保护层，可以改善镁合金的耐蚀性和耐磨性。（b）通过高能离子靶材把某些金属离子注入镁合金表面金属晶格形成置换固溶体或间歇固溶体，形成一层新的表面合金。（c）通过激光的高温使镁合金重熔，使其表面组织晶粒细化，进而引起表面强化。（d）通过化学反应的方式在镁合金表面形成一层致密的化学转化膜。（e）通过电化学阳极氧化或微弧氧化的方式在镁合金表面形成一层致密的氧化膜，氧化膜经封孔、着色或钝化处理后可以改善镁合金的耐蚀性和装饰性能。

在上述方法中，电化学阳极氧化成膜技术具有生产工艺简单、一次成膜面积大、生产设备投资少、加工成本低等优点，成为镁合金最基本、也是应用最广泛的一种表面防护处理方法。

传统的阳极氧化过程中，使用单一电源施加直流、交流、方波直流、方波交流等特定规律的电压到镁合金电极上，使其发生阳极氧化成膜的过程。

发明内容

本发明提供一种改善镁合金阳极氧化膜耐蚀性的方法。该方法是在镁合金阳极氧化过程中，给电解池施加第二电场，促进电解液中阴离子迁移到镁合金电极表面，与镁离子形成更为致密的氧化膜，从而改善阳极氧化膜的耐蚀性。

本发明的具体技术方案如下：

一种改善镁合金阳极氧化膜耐蚀性的制备方法，该方法是指在镁合金阳极氧化成膜过程中，在电解池外施加第二电场来促进电解液中阴离子向镁合金阳极移动，减缓镁离子扩散到溶液体系，有利于生成更为致密阳极氧化膜。

本发明提供的一种改善镁合金阳极氧化膜耐蚀性的方法，其具体包含以下步骤：

第一步，镁合金前处理。镁合金工作面用400#、600#、800#、1000#、1200#的SiC水砂纸逐级打磨至光亮，依次用去离子水、乙醇清洗，备用。

第二步，阳极氧化。以镁合金为阳极、不锈钢片为阴极进行恒电流氧化。阳极氧化电解液组成为：NaOH 10~60 g/L、Na₂B₄O₇·10H₂O 10~60 g/L、Na₂SiO₃·9H₂O 10~80 g/L。阳极氧化工艺参数为：电流密度5~50 mA/cm²，氧化时间10~200 min，操作温度10~60℃；氧化过程中给电解池施加电压为0~50 V的第二电场。

具体操作为：在电解池中加入电解液，镁合金阳极和不锈钢阴极片放入电解池，二者的距离为5~50 cm，然后将电解池放入恒温水浴中。在恒温水浴中、隔着电解池容器壁，在镁合金阳极和不锈钢阴极的背面分别放置一片面积为镁合金阳极和不锈钢阴极面积1~3倍的不锈钢片构成第二电场电极，确保第二电场电极不与镁合金阳极和不锈钢阴极接触。阳极氧化时，以镁合金阳极一侧为基准，同时给第二电场电极施加0~50 V的电压，形成第二电场，促进电解液中的阴离子向镁合金阳极移动。

第三步，氧化膜洗涤和干燥。阳极氧化所得镁合金氧化膜经去离子水清洗后，进行热风干燥。

本发明提供的一种改善镁合金阳极氧化膜耐蚀性的制备方法，由其所得氧化膜的形貌用扫描电镜观察，氧化膜耐蚀性用电化学开路电位测试和交流阻抗谱测试表征。测试电解液为3.5 wt% NaCl溶液，测试温度25℃；用饱和甘汞电极为参比电极，石墨棒为辅助电极；交流阻抗谱测试在开路电位下进行，电压幅值为5mV，测试频率为0.1-10⁵ Hz。

阳极氧化膜是由电解液中阴离子迁移到镁合金电极表面、与电极上氧化出来的镁离子结合而得。改变电解液中阴离子的迁移行为可以得到不同结构的膜，从而改变阳极氧化膜的耐蚀性。

本发明的积极效果体现在：

（一）本发明不是通过研发新的电解液组成或改变阳极氧化电流模式来改进氧化膜的耐蚀性能，而是通过在电解池外加入第二电场，调节电解液中离子的迁移行为，进而影响阳极氧化膜的生成过程。该制备方法方便易行、易于控制。

（2）由该方法制备所得的阳极氧化膜具有结构致密、耐蚀性得到增强的特点。

附图说明

图1为比较例1所得阳极氧化膜的扫描电镜图

图2为实施例1所得阳极氧化膜的扫描电镜图

图3为实施例2所得阳极氧化膜的扫描电镜图

图4为实施例1、2和比较例1所得阳极氧化膜的交流阻抗图谱

图5为实施例1、2和比较例1所得阳极氧化膜的开路电位测试曲线图

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。

实施例1

第一步，AZ91D镁合金前处理。镁合金工作面用400#、600#、800#、1000#、1200#的SiC水砂纸逐级打磨至光亮，依次用去离子水、乙醇清洗，备用。

第二步，阳极氧化。以AZ91D镁合金为阳极、不锈钢片为阴极进行恒电流氧化。阳极氧化电解液组成为：NaOH 50 g/L、Na₂B₄O₇·10H₂O 40 g/L、Na₂SiO₃·9H₂O 6 g/L。阳极氧化工艺参数为：电流密度10 mA/cm²，氧化时间20 min，实验温度25℃；氧化过程中给电解池施加电压为8 V的第二电场。

具体操作为：在电解池中加入电解液，镁合金阳极和不锈钢阴极片放入电解池，二者的距离为10 cm，然后将电解池放入恒温水浴中。在恒温水浴中、隔着电解池容器壁，在镁合金阳极和不锈钢阴极的背面分别放置一片面积为镁合金阳极和不锈钢阴极面积2倍的不锈钢片构成第二电场电极，确保第二电场电极不与镁合金阳极和不锈钢阴极接触。

阳极氧化时，以镁合金阳极一侧为基准，同时给第二电场电极施加8V的电压，形成第二电场，促进电解液中的阴离子向镁合金阳极移动。

第三步，氧化膜洗涤和干燥。阳极氧化所得镁合金氧化膜经去离子水清洗后，进行热风干燥。

实施例2：

第一步，AZ91D镁合金前处理。镁合金工作面用400#、600#、800#、1000#、1200#的SiC水砂纸逐级打磨至光亮，依次用去离子水、乙醇清洗，备用。

第二步，阳极氧化。以AZ91D镁合金为阳极、不锈钢片为阴极进行恒电流氧化。阳极氧化电解液组成为：NaOH 50 g/L、Na₂B₄O₇·10H₂O 40 g/L、Na₂SiO₃·9H₂O 6 g/L。阳极氧化工艺参数为：电流密度10 mA/cm²，氧化时间20 min，实验温度25℃；氧化过程中给电解池施加电压为16 V的第二电场。

具体操作为：在电解池中加入电解液，镁合金阳极和不锈钢阴极片放入电解池，二者的距离为10 cm，然后将电解池放入恒温水浴中。在恒温水浴中、隔着电解池容器壁，在镁合金阳极和不锈钢阴极的背面分别放置一片面积为镁合金阳极和不锈钢阴极面积2倍的不锈钢片构成第二电场电极，确保第二电场电极不与镁合金阳极和不锈钢阴极接触。

阳极氧化时，以镁合金阳极一侧为基准，同时给第二电场电极施加16V的电压，形成第二电场，促进电解液中的阴离子向镁合金阳极移动。

第三步，氧化膜洗涤和干燥。阳极氧化所得镁合金氧化膜经去离子水清洗后，进行热风干燥。

对比例1：

第一步，AZ91D镁合金前处理。镁合金工作面用400#、600#、800#、1000#、1200#的SiC水砂纸逐级打磨至光亮，依次用去离子水、乙醇清洗，备用。

第二步，阳极氧化。以AZ91D镁合金为阳极、不锈钢片为阴极进行恒电流氧化。阳极氧化电解液组成为：NaOH 50 g/L、Na₂B₄O₇·10H₂O 40 g/L、Na₂SiO₃·9H₂O 6 g/L。阳极氧化工艺参数为：电流密度10 mA/cm²，氧化时间20 min，实验温度25℃；氧化过程中给电解池施加电压为0V的第二电场。

具体操作为：在电解池中加入电解液，镁合金阳极和不锈钢阴极片放入电解池，二者的距离为10 cm，然后将电解池放入恒温水浴中。在恒温水浴中、隔着电解池容器壁，在镁合金阳极和不锈钢阴极的背面，分别放置一片面积为镁合金阳极和不锈钢阴极面积2倍的不锈钢片构成第二电场电极，确保第二电场电极不与镁合金阳极和不锈钢阴极接触。

阳极氧化时，以镁合金阳极一侧为基准，同时给第二电场电极施加0V的电压（即为不施加外电场）。

第三步，氧化膜洗涤和干燥。阳极氧化所得镁合金氧化膜经去离子水清洗后，进行热风干燥。

实施例和比较例分析：

由图1、图2、图3可以看出，在不施加第二电场的条件下（比较例1）进行镁合金阳极氧化，所得阳极氧化膜层分布不均匀、不平整，膜层中存在显著的裂纹和微孔，表明阳极氧化膜的耐蚀性较差。在阳极氧化过程中，给电解池施加8 V（实施例1）或16V（实施例2）的第二电场后，阳极氧化过程中熔融物的流淌更为均匀，所得阳极氧化膜更为平整，氧化膜中的微孔数减少、裂纹减少，表明阳极氧化膜对镁合金基底具有良好防腐蚀保护作用。

由图4可以看出，在没有第二电场存在的条件下（比较例1），所得阳极氧化膜的交流阻抗图谱圆弧半径较小，表明镁合金腐蚀过程中的电子传递电阻小，镁合金易于发生腐蚀过程。而在阳极氧化过程中施加第二电场后（实施例2、实施例3），所得阳极氧化膜的交流阻抗图谱圆弧半径显著增大，表明镁合金腐蚀过程中的电子传递电阻增大，阳极氧化膜对镁合金基底具有更好的耐腐蚀保护作用。

由图5可以看出，在没有第二电场存在的条件下（比较例1），镁合金电极的开路电位较负，所得阳极氧化膜对镁合金没有较好的保护作用。而在阳极氧化过程中施加第二电场后（实施例2、实施例3），镁合金电极的开路电位显著正移，表明镁合金的活性下降，所得阳极氧化膜对镁合金的耐腐蚀保护作用得到增强。

由比较例和实施例的对比分析可以看出，在镁合金阳极氧化过程中，给电解池施加第二电场，所得阳极氧化膜的结构更为致密，氧化膜具有更好的耐腐蚀性能。

以上所述实例仅是本专利的优选实施方式，但本专利的保护范围并不局限于此。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利原理的前提下，根据本专利的技术方案及其专利构思，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本专利的保护范围。

Claims (1)

1.一种改善镁合金阳极氧化膜耐蚀性的方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步，镁合金基底预处理；用防水砂纸逐级打磨镁合金电极，依次用去离子水、乙醇清洗；

第二步，电化学恒电流阳极氧化；以预处理后的镁合金为阳极，不锈钢片阴极，在碱性硅硼体系中进行阳极氧化，氧化过程中给电解池施加一个第二电场，第二电场电极片置于恒温水浴中且不与镁合金阳极氧化中的阳极和阴极接触；其中阳极氧化电解液的组成为：NaOH 10~60 g/L、Na₂B₄O₇·10H₂O 10~60 g/L、Na₂SiO₃·9H₂O 10~80 g/L；阳极氧化工艺参数为：电流密度5~50 mA/cm²，氧化时间10~200 min，操作温度10~60℃；阳极氧化时，以镁合金阳极一侧为基准，同时给第二电场电极施加8~50 V的电压，形成镁合金阳极氧化电场外的第二电场；

第三步，对阳极氧化膜进行洗涤和热风干燥。