CN110079850A - 基于微弧氧化和激光重熔提高镁合金表面耐蚀性能的方法 - Google Patents

基于微弧氧化和激光重熔提高镁合金表面耐蚀性能的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于微弧氧化和激光重熔提高镁合金表面耐蚀性能的方法，首先对镁合金表面进行微弧氧化处理后得到一层陶瓷膜，在膜层上通过超声振荡预填充一层氧化石墨烯颗粒薄层，然后再通过激光重熔技术把熔融的的氧化石墨烯颗粒有效的填充到陶瓷膜的微裂纹和孔洞内，从而极大的提高了镁合金表面的耐蚀性能。本发明的方法工艺环保且可重复性高，为提高镁合金表面的耐蚀性能开辟了一种新的途径。

Description

基于微弧氧化和激光重熔提高镁合金表面耐蚀性能的方法
技术领域
本发明涉及一种基于微弧氧化和激光重熔提高镁合金表面耐蚀性能的方法，属于镁合金表面处理与防护技术领域。
背景技术
目前，镁合金作为一种轻量化材料，正日益得到越来越广泛的使用。但是镁的电极电位较低，使得镁合金在潮湿特别是海洋环境中极易被腐蚀。 微弧氧化技术是通过在电解质溶液中发生阳极微等离子体击穿(火花放电或微弧)，在镁合金表面原位生长出一层与基体结合良好的陶瓷膜层，从而较大的提高了镁合金的耐蚀性能。
但是，微弧氧化形成的膜层其表面多孔洞和裂纹，会增加与腐蚀介质的接触面积，因此，如何有效的填充微弧氧化膜层的孔洞和裂纹对于进一步提高镁合金的耐蚀性能，从而对扩大镁合金的应用范围具有重要的意义。
氧化石墨烯具有较好的水溶性，易形成一种薄层，使其自身具有良好的腐蚀抑制行为。中国专利申请号“201510259729.5”公开了一种在镁合金表面制备氧化石墨烯与微弧氧化陶瓷复合膜层的方法，但是该方法得到的膜层孔洞填充氧化石墨烯颗粒的比例较少且分散，对镁合金表面耐蚀性能提升有限。
发明内容
目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于微弧氧化和激光重熔提高镁合金表面耐蚀性能的方法。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种基于微弧氧化和激光重熔提高镁合金表面耐蚀性能的方法，包括如下步骤：
步骤1：微弧氧化膜制备：对镁合金基材进行打磨，超声波清洗后吹干；在不锈钢槽中配制好电解液，以不锈钢槽为负极，镁合金为正极，采用脉冲微弧氧化电源设备进行微弧氧化处理；处理结束后用蒸馏水冲洗干净，吹风机吹干即得微弧氧化陶瓷膜层；
步骤2：膜层预填充氧化石墨烯颗粒：利用蒸馏水将氧化石墨烯分散，制成悬浮液；将步骤1所制备得到的微弧氧化陶瓷膜的镁合金金属置于配好的氧化石墨烯悬浮液中，采用超声波振荡，使膜层表面快速填充满氧化石墨烯颗粒；
步骤3：激光重熔处理：将步骤2处理后的镁合金样件加载至激光设备工作台上，利用激光产生的高能激光束对镁合金表面的陶瓷膜层进行激光重熔处理，激光重熔使熔融的氧化石墨烯颗粒填充到陶瓷膜的裂纹和孔洞内，提高了镁合金表面膜层的耐蚀性能。
进一步，所述步骤1的电解液成分配制：将按质量浓度为7g/L～10g/L的六偏磷酸钠、8g/L～12g/L氟化钠、12～14g/L氢氧化钾依次加入到蒸馏水中，搅拌均匀，得到电解液。
进一步，所述步骤1的脉冲微弧氧化电源设备的具体参数为：电流密度为0.7A/dm2,占空比为25%，电源频率为500HZ，处理时间8min～10min，并保持电解液温度为45℃。
进一步，所述步骤2的氧化石墨烯颗粒的悬浮液的质量浓度为1mg/L～2mg/L，所述超声波工作频率为400KHz。
进一步，所述步骤3激光功率为50W～200W，激光扫描速度为400mm/min，扫描道间搭接率为20%。
有益效果：本发明提供的一种基于微弧氧化和激光重熔提高镁合金表面耐蚀性能的方法，通过制备一种微弧氧化复合膜层，所述复合膜层是以镁合金表面的微弧氧化膜层为骨架，利用激光重熔技术把氧化石墨烯颗粒填充到其裂纹和孔洞而成；所述氧化石墨烯颗粒在微弧氧化膜中呈均匀、细化的组织结构。其优点如下：
1.本发明以微弧氧化膜层为骨架，利用激光重熔技术把氧化石墨烯颗粒填充到其裂纹和孔洞而成，形成一层非连续性结构氧化石墨烯薄层，有效的避免了应力造成的开裂等缺陷。
2.激光重熔处理后的氧化石墨烯薄层和微弧氧化膜间形成反应润湿，但未影响微弧氧化膜与镁合金基体间的冶金结合，结合强度高。
3.激光重熔使氧化石墨烯颗粒的晶体变得更细小、更均匀，可以有效的填充到微弧氧化膜层的孔洞和裂纹内，从而极大的提高了镁合金表面的耐蚀性能。
4.本发明所使用的技术工艺简单且可重复性好，同时，环保无污染，属于绿色制造技术。
附图说明
图1为本发明实施例中微弧氧化膜的表面形貌图；
图2为本发明实施例中激光重熔氧化石墨烯颗粒填充微弧氧化膜层的表面形貌图；
图3为未经激光重熔氧化石墨烯颗粒的试样膜层以及经激光重熔氧化石墨烯颗粒的试样膜层的奈氏图，图中的圆弧为容抗弧。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
一种基于微弧氧化和激光重熔提高镁合金表面耐蚀性能的方法，包括如下步骤：
步骤1：微弧氧化膜制备：将尺寸大小为60mm×40mm×20mm的WE43稀土镁合金基材表面依次采用600～1200#的SiC水砂纸打磨，将打磨后的镁合金基材水洗8min，再将水洗后的镁合金基材放入无水乙醇中，经频率为40KHz的超声波清洗10min，最后在去离子水中清洗8min后，冷风吹干，待用；将按质量浓度为7g/L的六偏磷酸钠、8g/L氟化钠、12g/L氢氧化钾依次加入到装有蒸馏水的不锈钢槽中，搅拌均匀，以不锈钢槽为负极，镁合金为正极，采用脉冲微弧氧化电源设备进行微弧氧化处理，电流密度设置为0.7A/dm2,占空比设置为25%，电源频率设置为500HZ，处理时间9min,保持电解液温度45℃，得到膜层厚度在20μm的工件；处理结束后用蒸馏水冲洗干净，吹风机吹干即得到微弧氧化陶瓷膜层；
步骤2：膜层预填充氧化石墨烯颗粒：利用蒸馏水将氧化石墨烯分散，制成悬浮液，浓度为1mg/L；将微弧氧化好的WE43的镁合金金置于配好的氧化石墨烯悬浮液中，采用400KHz超声波振荡，使膜层表面快速填充满氧化石墨烯颗粒；
步骤3：激光重熔处理：将步骤2处理后的WE43镁合金样件加载至激光设备工作台上，利用激光产生的高能激光束对镁合金表面的陶瓷膜层进行激光重熔处理，激光功率为200W，激光扫描速度为400mm/min，扫描道间搭接率为20%，同时，采用氩气进行保护，气流量为15L/min；
所制备的复合膜层结果：在3.5%的NaCl溶液的Tafel测试中的自腐蚀速率大小为1.3x10-9A/cm2，而同微弧氧化参数下制备的微弧氧化膜的自腐蚀速率2.8x 10-8A/cm2,自腐蚀电流密度越小，其耐蚀性能越好，从而表明耐蚀性提高了一个数量级。
如图1所示，在WE43镁合金表面制备出的微弧氧化膜具有疏松、多孔的结构，粗糙度较高。如图2所示，经过激光重熔处理后，微弧氧化膜的孔和裂纹内均填满了氧化石墨烯颗粒，形成了一层复合膜层，提高了膜层的致密度和平整度。如图3所示为微弧氧化膜层的电化学阻抗谱的奈氏图，奈氏图中容抗弧半径与腐蚀速率有密切关系，半径越大耐蚀性能越好，对比发现，经过激光重熔技术处理后的试样膜层的容抗弧明显很大，这说明了经过激光重熔技术处理的试样膜层的耐蚀性能要优于未经激光重熔处理的试样膜层的耐蚀性能，因此可以看出，通过对激光重熔氧化石墨烯颗粒填充微弧氧化膜层孔洞的方法对镁合金的耐蚀性能是有极大的提升。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于微弧氧化和激光重熔提高镁合金表面耐蚀性能的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：对镁合金基材进行打磨，超声波清洗后吹干；在不锈钢槽中配制好电解液，以不锈钢槽为负极，镁合金为正极，采用脉冲微弧氧化电源设备进行微弧氧化处理，处理结束后用蒸馏水冲洗干净，吹干；
步骤2：利用蒸馏水将氧化石墨烯分散，制成悬浮液；将步骤1所制备得到的微弧氧化陶瓷膜的镁合金金属置于配好的氧化石墨烯悬浮液中，采用超声波振荡，使膜层表面填充满氧化石墨烯颗粒；
步骤3：将步骤2处理后的镁合金金属利用激光产生的高能激光束对镁合金表面的陶瓷膜层进行激光重熔处理。
2.根据权利要求1所述的一种基于微弧氧化和激光重熔提高镁合金表面耐蚀性能的方法，其特征在于：所述电解液成分配制：将按质量浓度为7g/L～10g/L的六偏磷酸钠、8g/L～12g/L氟化钠、12～14g/L氢氧化钾依次加入到蒸馏水中，搅拌均匀，得到电解液。
3.根据权利要求1所述的一种基于微弧氧化和激光重熔提高镁合金表面耐蚀性能的方法，其特征在于：所述电解液温度为45℃。
4.根据权利要求1所述的一种基于微弧氧化和激光重熔提高镁合金表面耐蚀性能的方法，其特征在于：所述脉冲微弧氧化电源设备参数为：电流密度为0.7A/dm2,占空比为25%，电源频率为500HZ，处理时间8min～10min。
5.根据权利要求1所述的一种基于微弧氧化和激光重熔提高镁合金表面耐蚀性能的方法，其特征在于：所述氧化石墨烯颗粒的悬浮液的质量浓度为1 mg/L -2mg/L。
6.根据权利要求1所述的一种基于微弧氧化和激光重熔提高镁合金表面耐蚀性能的方法，其特征在于：所述超声波工作频率为400KHz。
7.根据权利要求1所述的一种基于微弧氧化和激光重熔提高镁合金表面耐蚀性能的方法，其特征在于：所述激光功率为50W～200W，激光扫描速度400mm/min，扫描道间搭接率为20%。
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