CN110983415B - 一种镁锂合金表面复合氧化处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于镁锂合金表面处理技术领域，特别涉及一种镁锂合金表面复合氧化处理方法。本申请先将镁锂合金进行表面清洁预处理，然后再置于导电氧化液中，生成导电氧化膜，并将镁锂合金需要保留导电层的位置采用特定的工装进行防护，然后进行微弧氧化处理，以镁锂合金为阳极、不锈钢板为阴极进行微弧氧化处理，形成瓷质化致密层，获得导电氧化微弧氧化膜涂层；得到的涂层既保留了零件局部的导电性，同时耐蚀性也得到大幅提高。

Description

一种镁锂合金表面复合氧化处理方法

技术领域

本发明属于镁锂合金表面处理技术领域，特别涉及一种镁锂合金表面复合氧化处理方法。

背景技术

镁锂合金产品是具有特殊物理性能和性质的超轻材料，其具备高比强度、高比模量以及优异的刚性、减震性、电磁屏蔽性，使得该材料成为最具减重潜力的金属结构材料，可在次承力结构替代部分铝合金及镁合金。当前，我国已将开发新型实用镁合金列为今后科技发展和研究的重点，随着研究的深入以及一些技术难题的突破，镁锂合金正在显示出它特有的优势，并应用于航空航天、国防军工及高端3C电子产品等对减重需求极为迫切的领域。

镁锂合金还没有得到大范围的应用是因为它的耐蚀性较差，原因是合金内部存在第二相或杂质与基体电化学活性不同，导致了电偶腐蚀，而且镁锂合金非常活泼，即使在干燥的大气中，合金表面生成的氧化膜也不致密，是疏松多孔的，容易在孔疏松处发生点腐蚀，还不能达到作为结构材料或零件应用对材料自身耐蚀性能的要求。因此，镁锂合金防腐处理是解决其应用难题的首要突破点。

为提高镁锂合金防腐蚀性，常见处理方法有镁锂合金合金化、镁锂合金表面化学镀、镁锂合金表面制备化学转化膜、镁锂合金表面阳极氧化、镁锂合金表面有机-无机杂化涂层等。上述采用的防腐蚀的方法随能在一定程度上提高镁锂合金的耐蚀性，但零件表层失去导电性，无法满足在特殊工况下的使用。导电氧化可以在提高基体耐蚀性的同时保留接触面的导电性，微弧氧化处理工艺简单，无污染，处理后镁合金表面形成的陶瓷层具有高硬度、耐磨、附着力强的特点，近年来得到快速的发展，很大程度上改善了镁合金的各项性能，将导电氧化与微弧氧化结合可以在保留导电性的同时满足防腐性。鉴于以上因素选用导电氧化/微弧氧化复合处理以满足产品在电磁屏蔽方面的要求。

发明内容

针对以上问题，本申请的目的在于提出一种在镁锂合金材质零件表面导电氧化复合微弧氧化处理方法，可以解决现有技术不能同时满足导电和耐蚀性的问题。

基于上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种镁锂合金表面复合氧化处理方法，包括如下步骤：

（1）镁锂合金表面清洁预处理：采用800～5000#的砂纸打磨镁锂合金表面至镜面，使用洗涤剂对打磨后的镁锂合金表面进行除油处理，然后用蒸馏水进行超声清洗；

（2）导电氧化处理：将经过表面清洁处理的镁锂合金置于导电氧化电解液中进行导电氧化处理，处理后用去离子水清洗镁锂合金；

（3）防护处理：采用固定板对镁锂合金需要保留导电层的位置进行防护；

（4）微弧氧化处理：将经过防护处理的镁锂合金置于微弧氧化液中，以镁锂合金为阳极，不锈钢板为阴极，进行微弧氧化处理，并用去离子水冲洗干净，烘干，烘干后在镁锂合金表面形成氧化膜涂层，得到的涂层厚度为10-30μm。

进一步的，步骤（2）中导电氧化电解液中各成分的浓度为K₂CrO₇ 15～60g/L、（NH₄）₂SO₄ 2～15g/L、NaF 2～10g/L、NH₄HF₂ 3～10g/L，溶剂为水。

进一步的，步骤（2）中导电氧化处理的温度为70～90℃，处理时间为15s～90s。

进一步的，步骤（4）中微弧氧化电解液中各种成分的浓度为KOH 1～5g/L、NaF 2～10g/L、Na₂SiO₃ 7～17g/L、NaAlO₂ 2～10g/L、Na₃PO₄ 3～10g/L，溶剂为水。

进一步的，步骤（4）中所述微弧氧化处理的电源采用双相电源。

进一步的，步骤（4）中所述微弧氧化处理工艺参数为：电源设定频率为100～800Hz，正向占空比10～60%，负向占空比为20～60%，电流密度为1～10A/dm²。

进一步的，步骤（4）中所述微弧氧化处理的温度为25～40℃，处理时间为5～30min。

进一步的，步骤（4）中烘干是将处理好的镁锂合金在70～90℃条件下，烘干5～30min。

本申请的处理方法，首先进行表面清洁预处理，然后对清洁后的镁锂合金进行导电氧化处理，再进行微弧氧化，与现有技术相比，具有以下有益效果：

（1）经过本申请方法处理后的镁锂合金工件耐蚀性好，整体装配后，工件间接触面导电性良好，工件电磁屏蔽效果好，中性盐雾耐腐蚀96h以上（国军标GJB150-2009），盐雾测试评级达到Rp 10级，而这是镁锂合金经过普通微弧氧化加工后难以达到的。

（2）本申请提供的方法工艺简单，得到的涂层既能保证镁锂合金产品表面的防腐性，又能使产品保留的导电性能。

附图说明

图1是实施例1和实施例2的步骤（2）防护处理时对镁锂合金装夹的示意图；

图2是实施例1步骤（4）得到的氧化膜涂层的扫描电镜图；

图3是经过实施例1所述方法加工处理后的镁锂合金基体实物图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种镁锂合金表面复合氧化处理方法，具体包括以下步骤，本实施例中所使用的镁锂合金的型号为LAZ931：

（1）镁锂合金基体表面清洁预处理：依次采用型号为800#、1000#、2000#、5000#的金相砂纸打磨镁锂合金表面至镜面，然后经过布轮抛光，使用洗涤剂对打磨后的工件表面进行除油处理，最后用蒸馏水进行超声波清洗，除去镁锂合金表面的油污及氧化膜；

（2）导电氧化处理：将经过表面清洁处理的镁锂合金基体置于导电氧化液中进行导电氧化处理，处理后用去离子水将镁锂合金零件冲洗干净并吹干；导电氧化电解液中各成分的浓度为K₂CrO₇ 20g/L、（NH₄）₂SO₄ 5g/L、NaF 5g/L、NH₄HF₂ 5g/L，溶剂为水；电解液溶液温度85℃，处理时间为45s；

（3）防护处理：采用聚四氟板对镁锂合金需要保留导电层的位置进行防护，用尼龙螺丝将聚四氟板固定在镁锂合金基体顶面，聚四氟板与镁锂合金基体之间垫一层0.5mm硅胶软板，保证结合的紧密度，防护处理具体的连接方式如图1所示；

（4）微弧氧化处理：将经过防护处理的镁锂合金基体放入电解槽中进行微弧氧化处理，微弧氧化电解液中各种成分的浓度为KOH 5g/L、NaF 5g/L、Na₂SiO₃ 10g/L、NaAlO₂ 5g/L、Na₃PO₄ 8g/L，溶剂为水。镁合金工件做阳极，不锈钢板做阴极，控制处理过程采用手动恒流控制，频率500Hz，正向占空比30%，负向占空比25%，正相电流密度4A/dm²，当电压在200V时，负相合闸，负相电流密度2A/dm²，正相电压达到480V后，进入恒压模式，溶液温度为25～35℃，恒压处理8min；将微弧氧化后的镁锂合金用蒸馏水清洗2次，每次1分钟；将清洗后的镁锂合金进行烘干，烘干温度：80℃，烘干时间：30min，烘干后在镁锂合金表面形成氧化膜涂层，得到的涂层厚度为20μm，氧化膜涂层的微观形貌如图2所示，从图2中可以看出，微弧氧化层为致密的陶瓷结构。

经过实施例1所述方法加工处理后的镁锂合金基体实物如图3所示，黄色为导电氧化膜层（工装防护位置），黄色位置会在后期装配过程中与其他零件配合，起到防止电磁泄漏的作用，其中白色为微弧氧化膜层（形成于在导电氧化膜层上），起到防腐作用。

实施例2

一种镁锂合金表面复合氧化处理方法，具体包括以下步骤，本实施例中所使用的镁锂合金的型号为LA141：

（1）镁锂合金基体表面清洁预处理：依次采用型号为800#、1000#、2000#、5000#的金相砂纸打磨镁锂合金表面至镜面，然后经过布轮抛光，除油处理，最后用蒸馏水进行超声波清洗，除去镁锂合金表面的油污及氧化膜；

（2）导电氧化处理：将经过表面清洁处理的镁锂合金基体置于导电氧化液中进行导电氧化处理，处理后用去离子水将镁锂合金零件冲洗干净并吹干；导电氧化电解液中各成分的浓度为K₂CrO₇ 30g/L、（NH₄）₂SO₄ 3g/L、NaF 3g/L、NH₄HF₂ 10g/L，溶剂为水；电解液溶液温度80℃，处理时间为30s；

（3）防护处理：采用聚四氟板对镁锂合金需要保留导电层的位置进行防护，用尼龙螺丝将聚四氟板固定在镁锂合金基体顶面，聚四氟板与镁锂合金基体之间垫一层0.5mm硅胶软板，保证结合的紧密度；

（4）微弧氧化处理：将经过防护处理的镁锂合金基体放入电解槽中进行微弧氧化处理，微弧氧化电解液中各种成分的浓度为KOH 2g/L、NaF 2g/L、Na₂SiO₃ 10g/L、NaAlO₂ 6g/L、Na₃PO₄ 4g/L，溶剂为水。镁合金工件做阳极，不锈钢板做阴极，控制处理过程采用手动恒流控制，频率200Hz，正向占空比40%，负向占空比30%，正相电流密度3A/dm²，当电压在200V时，负相合闸，负相电流密度2A/dm²，正相电压达到480V后，进入恒压模式，溶液温度为25～35℃，恒压处理8min；将微弧氧化后的镁锂合金用蒸馏进行清洗2次，每次1分钟；将清洗后的镁锂合金进行烘干，烘干温度：80℃，烘干时间：30min，烘干后在镁锂合金表面形成氧化膜涂层，得到的涂层厚度为20μm。

按照GJB150.11A-2009的测试标准，镁锂合金基体经过实施例1工艺处理后（如图3所示），其NSS耐蚀时间达到96h，盐雾测试评级达到Rp 10级。

采用本发明的镁锂合金表面复合氧化处理方法，有效的解决了镁锂合金微弧氧化陶瓷膜层不导电的难题，为镁锂合金产品提供了一种新的表面复合处理技术，并赋予了复合涂层耐磨、耐腐蚀的特点。

以上对本发明的具体实施案例进行了描述，需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

最后所应说明的是：上述实施例仅用于说明而非限制本发明的技术方案，任何对本发明进行的等同替换及不脱离本发明精神和范围的修改或局部替换，其均应涵盖在本发明权利要求保护的范围之内。

Claims (5)

1.一种镁锂合金表面复合氧化处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）镁锂合金表面清洁预处理：采用800～5000#的砂纸打磨镁锂合金表面至镜面，使用洗涤剂对打磨后的镁锂合金表面进行除油处理，然后用蒸馏水进行超声清洗；

（2）导电氧化处理：将经过表面清洁处理的镁锂合金置于导电氧化电解液中进行导电氧化处理，处理后用去离子水清洗镁锂合金；

（3）防护处理：采用固定板对镁锂合金进行防护；

（4）微弧氧化处理：将经过防护处理的镁锂合金置于微弧氧化液中，以镁锂合金为阳极，不锈钢板为阴极，进行微弧氧化处理，并用去离子水冲洗干净，烘干，烘干后在镁锂合金表面形成氧化膜涂层，得到的涂层厚度为10-30μm；

步骤（2）中导电氧化电解液中各成分的浓度为K₂CrO₇ 15～60g/L、（NH₄）₂SO₄ 2～15g/L、NaF 2～10g/L、NH₄HF₂ 3～10g/L，溶剂为水；

步骤（2）中导电氧化处理的温度为70～90℃，处理时间为15s～90s；

步骤（4）中微弧氧化电解液中各种成分的浓度为KOH 1～5g/L、NaF 2～10g/L、Na₂SiO₃7～17g/L、NaAlO₂ 2～10g/L、Na₃PO₄ 3～10g/L，溶剂为水；

步骤（4）中所述微弧氧化处理工艺参数为：电源设定频率为100～800Hz，正向占空比10～60%，负向占空比为20～60%，电流密度为1～10A/dm²；

步骤（4）中所述微弧氧化处理的温度为25～40℃，处理时间为5～30min；

步骤（1）中镁锂合金型号为LAZ931或LA141。

2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤（4）中所述微弧氧化处理的电源采用双相电源。

3.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤（4）中烘干是将处理好的镁锂合金在70～90℃条件下，烘干5～30 min。

4.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，当步骤（1）中镁锂合金型号为LAZ931时，步骤（2）中导电氧化电解液中各成分的浓度为K₂CrO₇ 20g/L、（NH₄）₂SO₄ 5g/L、NaF 5g/L、NH₄HF₂ 5g/L，溶剂为水；

步骤（2）中导电氧化处理的温度为85℃，处理时间为15s；

步骤（4）中微弧氧化电解液中各种成分的浓度为KOH 5g/L、NaF 5g/L、Na₂SiO₃ 10g/L、NaAlO₂ 5g/L、Na₃PO₄ 8g/L，溶剂为水；

步骤（4）中所述微弧氧化处理工艺参数为：电源设定频率为500Hz，正向占空比30%，负向占空比为25%，正相电流密度4A/dm²，当电压在200V时，负相合闸，负相电流密度2A/dm²，正相电压达到480V后，进入恒压模式；

步骤（4）中所述微弧氧化处理的温度为25～35℃，处理时间为8min。

5.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，当步骤（1）中镁锂合金型号为LA141时，步骤（2）中导电氧化电解液中各成分的浓度为K₂CrO₇ 30g/L、（NH₄）₂SO₄ 3g/L、NaF 3g/L、NH₄HF₂ 10g/L，溶剂为水；

步骤（2）中导电氧化处理的温度为80℃，处理时间为30s；

步骤（4）中微弧氧化电解液中各种成分的浓度为KOH 2g/L、NaF 2g/L、Na₂SiO₃ 10g/L、NaAlO₂ 6g/L、Na₃PO₄ 4g/L，溶剂为水；

步骤（4）中所述微弧氧化处理工艺参数为：电源设定频率为200Hz，正向占空比40%，负向占空比为30%，正相电流密度3A/dm²，当电压在200V时，负相合闸，负相电流密度2A/dm²，正相电压达到480V后，进入恒压模式；

步骤（4）中所述微弧氧化处理的温度为25～35℃，处理时间为8min。

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