CN109440165B - 一种用于镁锂基合金墨绿色防护涂层的表面处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于镁锂基合金墨绿色防护涂层的表面处理方法，该方法基本包括以下步骤：（1）酸洗处理，（2）电解除杂，（3）微弧氧化，（4）热封闭。通过电解除杂可有效解决镁锂基合金便面氧化物夹杂导致的膜层不连续和电偶腐蚀的问题，采用微弧氧化工艺可在镁锂基合金便面原位生成一层耐腐蚀、耐摩擦的陶瓷膜层，采用含Cu离子电解液可制备出墨绿色涂层。本发明实现了在镁锂基合金表面生成墨绿色、具有防腐耐磨陶瓷膜层，扩大了镁锂基合金的应用领域，提高了使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于有色金属表面处理技术领域，具体涉及一种用于镁锂基合金墨绿色防护涂层的表面处理方法。
背景技术
镁锂基合金具有密度小、比强度高、比刚度高等优点。然而，镁锂基合金的标准电极电位极负，其耐蚀性很差，实际应用中需要进行防护处理。
微弧氧化是一种在金属表面原位生成具有一定耐摩擦、耐腐蚀陶瓷膜层的技术，可以有效提高镁锂基合金的性能。CN102817063A专利采用的电解液中含有重铬酸盐成分不符合环保要求，且工艺条件40～70Hz、70～160V下无法起弧反应。CN102817063A专利采用的频率为1000～2000Hz，其制备的陶瓷膜层粗糙度大，耐摩擦性不足。CN105483797A和CN101570875A专利并未对所得陶瓷膜层进行性能检测。贾鸣燕、景晓燕、徐用军等采用正交试验法，对镁锂基合金直接进行微弧氧化实验探索，未考虑镁锂基合金含有的氧化物夹杂对膜层性能的影响问题。
镁锂基合金熔炼难度大，在熔炼的过程中会有氧化物夹杂。夹杂会导致微弧氧化陶瓷膜层不连续及电偶腐蚀现象，这是目前镁锂基合金微弧氧化耐腐蚀性欠佳的主要原因。具有墨绿色的陶瓷膜层，可起到隐蔽、保护的双重作用，用于迷彩涂装的膜层处理工艺，具有广阔的应用前景，该类膜层尚未见诸报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种绿色环保的用于镁锂基合金表面制备墨绿色陶瓷膜的表面处理方法。该方法得到的墨绿色陶瓷膜层具有膜层连续、耐摩擦、耐腐蚀的特点。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案：
一种用于镁锂基合金墨绿色防护涂层的表面处理方法，该方法基本包括以下步骤：
（1）酸洗处理；
（2）电解除杂；
（3）微弧氧化；
（4）热封闭。
所述的镁锂基合金Li的含量为：2～18wt%。
所述的酸洗处理：酸洗溶液为47.5g/L冰醋酸与12.5g/L硝酸钠溶液。经酸洗后，用去离子水冲洗干净。经夹具连接后，置于电解液中。
所述的电解除杂工艺：以镁锂基合金为阳极，以不锈钢为阴极，维持电解液温度为10～30℃，采用脉冲电源，电流密度为0.1～5A/dm2、频率为 100～ 1000Hz、占空比为 5～45％的条件下进行电解处理，时间为5～500s，所述电解液为硅酸盐系电解液。
所述的微弧氧化工艺：维持微弧氧化电解液的温度为 10～40℃，采用脉冲电源，电流密度为1～15A/dm2、频率为 100～ 1000Hz、占空比为 5～ 45％的条件下微弧氧化处理20～ 40min，所述电解液与电解除杂步骤相同，为硅酸盐系电解液。
所述的热封闭工艺：将表面覆有墨绿色陶瓷层镁锂基合金置于浓度为10～30g/L的碳酸钠溶液中，在80～100℃条件下处理5～30min。
所述的硅酸盐系电解液：由硅酸钠、着色剂、络合剂、成膜助剂、稳定剂和去离子水配制而成 。
所述的硅酸盐系电解液的具体组成：硅酸钠的质量浓度为5～40 g/L，着色剂为0.5～6 g/L的硫酸铜，络合剂为1～5 g/L的乙二胺四乙酸和80～200 mL/L的甘油，成膜剂为10～30 mL/L的三乙醇胺和2～8 mL/L的乙二醇，稳定剂为1～10 g/L的十二烷基苯磺酸钠，电解液最终pH为8～12，用氢氧化钠进行调节。
本发明与现有技术相比具有以下特点 ：
（1）利用电解除杂工艺，可以去除镁锂基合金表面的氧化物夹杂，提高了表面成分的均匀性，有利于在微弧氧化过程中的均匀上膜，同时可以有效克服镁锂基合金表面发生的电偶腐蚀现象。再通过微弧氧化工艺，在镁锂基合金表面生成一层连续的陶瓷膜，可以实现对镁锂基合金有效得防护，提高其耐摩擦性和耐腐蚀性。
（2）电解除杂过程不同于常规意义上的电解抛光处理，无须单独配置电解液，在微弧氧化电解液中通过微调电流、电压及作用时间迅速实现电解除杂，然后直接进行微弧氧化处理。
（3）通过在电解液中引入含有Cu元素的着色剂，可以在陶瓷膜层中生成含Cu化合物，使得陶瓷膜层呈现墨绿色。通过对电解液进行组分的筛选和配比的优化，避免使用含Cr6+ 等对人体和环境造成危害的组分，避免使用不稳定、易分解组分，本发明的制备工艺符合绿色环保的理念。
本发明得到的墨绿色陶瓷膜层，按 GB/T 10125～1997测试其耐中性盐雾腐蚀试验的时间超过720h，经腐蚀试验后的试样和试件按 GB/T 6461～2002 评级为 9级 ；在温度为 60℃的条件下耐湿热试验的时间超过 240h 后无起皱、起泡或脱落现象 ；陶瓷层与基体的结合强度大于 25MPa ；同时，该陶瓷层还具有可提高表面硬度等优点。本发明实现了在镁锂基合金表面生成墨绿色、具有防腐耐磨陶瓷膜层，扩大了镁锂基合金的应用领域，提高了使用寿命。
附图说明
图1为镁锂基合金墨绿色微弧氧化处理方法工艺图。
图2为镁锂基合金墨绿色微弧氧化表面SEM照片。
图3为实施例1中所处理样件局部照片。
具体实施方式
实施例 1：镁锂基合金头盔滑轨件表面处理
将由镁锂基合金LA141锻压得的头盔滑轨件，在47.5g/L冰醋酸与12.5g/L硝酸钠配置得到的酸洗液中酸洗后，用去离子水冲洗3次。将滑轨件置于电解液中，以滑轨件为阳极，以不锈钢为阴极，维持电解液的温度为 20℃、电流密度为1A/dm2、频率为 550Hz、占空比为 25％的条件下处理 2min，进行电解除杂 ，所述微弧氧化电解液硅酸钠的质量浓度为10 g/L、硫酸铜为4 g/L、乙二胺四乙酸为1 g/L、甘油为200 mL/L、三乙醇胺为10 mL/L、十二烷基苯磺酸钠为6g/L、氢氧化钠为10 g/L；设置电流密度5A/dm2、频率 550Hz、占空比为25％的条件微弧氧化处理 20min，在镁锂基合金表面得到陶瓷层；将表面覆有陶瓷层的镁锂基合金在温度为 83℃浓度为25 g/L的碳酸钠溶液中热封闭 30min，自然冷却后用清水进行清洗。
本发明得到的墨绿色陶瓷膜层，按 GB/T 10125～1997测试其耐中性盐雾腐蚀试验的时间为728h，经腐蚀试验后的试样和试件按 GB/T 6461～2002 评级为 9级 ；在温度为 60℃的条件下耐湿热试验的时间超过 240h 后无起皱、起泡或脱落现象 ；陶瓷层与基体的结合强度大于 25MPa ；表面硬度360HV。所述陶瓷层的厚度为25μm，表面粗糙度 Ra 为1.5μm。
实施例 2：镁锂基合金LA91板材表面处理
将由镁锂基合金LA91挤压得到的板材，在47.5g/L冰醋酸与12.5g/L硝酸钠配置得到的酸洗液中酸洗后，用去离子水冲洗3次。将滑轨件置于电解液中，以滑轨件为阳极，以不锈钢为阴极，维持电解液的温度为 20℃、电流密度为0.5A/dm2、频率为 600Hz、占空比为18％的条件下处理 1min，进行电解除杂 ，所述微弧氧化电解液硅酸钠的质量浓度为14 g/L，硫酸铜为7 g/L，乙二胺四乙酸为5 g/L，甘油为80 mL/L，三乙醇胺为20 mL/L，十二烷基苯磺酸钠为10g/L，氢氧化钠11g/L；设置电流密度为3A/dm2、频率为600Hz、占空比为 18％的条件微弧氧化处理 30min，在镁锂基合金表面得到陶瓷层；将表面覆有陶瓷层的镁锂基合金在温度为 90℃浓度为10 g/L的碳酸钠溶液中固化处理 60min，自然冷却后用清水进行清洗。
实施例3：镁锂基合金LZ141管材表面处理
将由镁锂基合金LZ141挤压得到的管材，在47.5g/L冰醋酸与12.5g/L硝酸钠配置得到的酸洗液中酸洗后，用去离子水冲洗3次。将滑轨件置于电解液中，以滑轨件为阳极，以不锈钢为阴极，维持电解液的温度为 30℃，在电流密度为0.8A/dm2、频率为 750Hz、占空比为 35％的条件下处理 90s，进行电解除杂，所述电解液硅酸钠的质量浓度为40 g/L，硫酸铜为4 g/L，乙二胺四乙酸为3 g/L，甘油为100 mL/L，三乙醇胺为10 mL/L，十二烷基苯磺酸钠为2g/L，氢氧化9.5g/L；设置电流密度为12A/dm2、频率为750Hz、占空比为 35％的条件微弧氧化处理 20min，在镁锂基合金表面得到陶瓷层将表面覆有陶瓷层的镁锂基合金在温度为80℃浓度为30 g/L的碳酸钠溶液中固化处理 30min，自然冷却后用清水进行清洗。
Claims (2)
1.一种用于镁锂基合金墨绿色防护涂层的表面处理方法，该方法包括以下步骤 ：
（1）酸洗处理：在47.5g/L冰醋酸与12.5g/L硝酸钠配置得到的酸洗液中酸洗后，用去离子水冲洗三次；
（2）电解除杂：以镁锂基合金为阳极，以不锈钢为阴极，维持电解液温度为10～ 30℃，采用脉冲电源，电流密度为0.1～5A/dm2、频率为 100 ～ 1000Hz、占空比为 5～ 45％的条件下进行电解处理，时间为5～500s，电解去除镁锂基合金表面所含氧化物夹杂并提高表面平整度；所述电解液为硅酸盐系电解液；
（3）微弧氧化：维持微弧氧化电解液的温度为 10～ 40℃，采用脉冲电源，电流密度为1～15A/dm2、频率为 100 ～ 1000Hz、占空比为 5～ 45％的条件下微弧氧化处理10～40min，在镁锂基合金表面得到陶瓷层 ；所述电解液与电解除杂步骤相同，为硅酸盐系电解液；
所述硅酸盐系电解液中，硅酸钠的质量浓度为5～40 g/L，着色剂为0.5～6 g/L的硫酸铜，络合剂为1～5 g/L的乙二胺四乙酸和80～200 mL/L的甘油，成膜剂为10～30 mL/L的三乙醇胺和2～8 mL/L的乙二醇，稳定剂为1～10 g/L的十二烷基苯磺酸钠，电解液最终pH为8～12，用氢氧化钠进行调节，在陶瓷层中生成含Cu化合物；
（4）热封闭：将表面覆有陶瓷层的镁锂基合金在温度为80-90℃、浓度为10g/L-30g/L的碳酸钠溶液中热封闭5-30min或60min；得到的陶瓷层与镁锂基合金基体的结合强度大于25Mpa，所得到的陶瓷层膜层颜色为墨绿色。
2.根据权利要求1所述的一种用于镁锂基合金墨绿色防护涂层的表面处理方法，其特征在于包括：所述镁锂基合金的化学成分为：Li：2～18wt%。
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