CN111172577A - 一种镁合金表面低孔隙率微弧氧化膜的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镁合金表面低孔隙率微弧氧化膜的制备方法。首先，将AZ91镁合金打磨、水洗，碱洗，水洗，超声波清洗。然后，配制微弧氧化电解液，将AZ91镁合金放入微弧氧化电解液中作为阳极进行微弧氧化处理，阴极为不锈钢，采用脉冲微弧氧化方式。最后，取出AZ91镁合金于50 ℃下干燥，即制得镁合金表面低孔隙率微弧氧化膜。本发明方法操作简单，所制得的镁合金表面低孔隙率微弧氧化膜呈多孔结构，孔隙率较小，表面平整，无微裂纹，孔径分布均匀，能够提高镁合金的耐蚀性。

Description

一种镁合金表面低孔隙率微弧氧化膜的制备方法

技术领域

本发明属于镁合金表面处理领域，具体涉及一种镁合金表面低孔隙率微弧氧化膜的制备方法。

背景技术

镁合金是一种很好的轻质结构材料，其重量约为钢的1/5，锌的1/4，铝的2/3。除此之外镁合金具有比强度高、减振性能好、铸造性优良、屏蔽电磁干扰性良好等优点，是一种替代钢铁、铝合金和工程塑料的新型材料，具有良好的应用前景，但是镁合金却因为它的耐蚀性较差在工业上的应用受到了限制。为了让镁合金更加广泛的应用在工业上，必须对镁合金采取有效的防护措施来提高镁合金的耐蚀性能。

微弧氧化技术是将铝、镁、钛等阀金属及其合金置于电解液中，利用电化学方法，使该材料表面产生火花放电斑点，在热化学、等离子体化学和电化学共同作用下，生成陶瓷氧化膜层。微弧氧化技术具有工艺简单、效率高、无污染、处理工件能力强等特点，采用该方法制备的陶瓷膜具有结构致密，与基体结合牢固，耐磨损，耐腐蚀，硬度高，电绝缘性能好等优点。使其在航空航天、汽车制造、电子产品和医疗器械等行业均有良好的应用前景。但是，镁合金表面的微弧氧化膜通常为多孔结构，高的孔隙率及大孔径往往会给侵蚀性离子提供通道，使镁合金基体遭受腐蚀。微弧氧化电解液是获得合格膜层的技术关键，不同的电解液成分所得膜层的性质也不同。常见的微弧氧化电解液体系有铝酸盐体系、硅酸盐体系和磷酸盐体系。在相同的微弧氧化时间内，硅酸盐体系得到的微弧氧化膜膜层较厚但不够致密光滑；铝酸盐体系得到的微弧氧化膜表面比较光滑但厚度比较薄；磷酸盐体系得到的微弧氧化膜表面呈颗粒状，气孔数量少孔径小，但是磷酸盐体系的废液对水体有污染，回收处理成本较高。本申请采用硅酸盐体系的电解液在镁合金表面制备了低孔隙率的微弧氧化膜，提高了该微弧氧化膜的耐蚀性。

发明内容

本发明的目的是提供一种镁合金表面低孔隙率微弧氧化膜的制备方法，用于镁合金表面处理可以得到低孔隙率且耐蚀性高的微弧氧化膜层。

具体步骤为：

（1）将AZ91镁合金用180#、800#、1200#和1500#耐水磨砂纸逐级打磨、水洗，之后在碱性除油液中于50~70 ℃下除油1~5分钟，再用热水和冷水分别清洗AZ91镁合金表面，然后在无水乙醇中超声波清洗10~15分钟，清洗完成后，用蒸馏水冲洗表面，再放入蒸馏水中超声波清洗5~10 分钟，干燥备用。

（2）将经步骤（1）处理后的AZ91镁合金放入微弧氧化电解液中作为阳极进行微弧氧化处理，阴极为不锈钢，采用脉冲微弧氧化方式，工艺参数为：终止电压180~230伏特，氧化时间30~60分钟，脉冲频率50~200赫兹，占空比30~70%；微弧氧化结束后，将AZ91镁合金用蒸馏水冲洗并置于50 ℃的鼓风干燥箱中干燥，即制得镁合金表面低孔隙率微弧氧化膜。

所述碱性除油液配方为：磷酸钠20~30 g/L，氢氧化钠15~25 g/L，碳酸钠30~40 g/L。

所述微弧氧化电解液配方为：硅酸钠3~20 g/L，氢氧化钠10~30g/L，氟化钠5~15g/L，四硼酸钠1~5g/L，钨酸钠0.1~5g/L，三乙醇胺1~10 ml/L、丙三醇1~10ml/L。

所述磷酸钠、碳酸钠、硅酸钠、氟化钠、氢氧化钠、四硼酸钠、钨酸钠、三乙醇胺、丙三醇、无水乙醇均为化学纯及以上纯度。

本发明的制备方法操作简单，所制得的镁合金表面微弧氧化膜呈多孔结构，但孔隙率较小，表面平整，无微裂纹，孔径分布均匀，能够提高镁合金的耐蚀性。

附图说明

图1为本发明实施例制得的镁合金表面低孔隙率微弧氧化膜与标准液中制得的镁合金表面微弧氧化膜的SEM图。

图2为本发明实施例制得的镁合金表面低孔隙率微弧氧化膜与标准液中制得的镁合金表面微弧氧化膜的孔径分布图。

图3为本发明实施例制得的镁合金表面低孔隙率微弧氧化膜（A）与标准液中制得的镁合金表面微弧氧化膜（B）的极化曲线。

图4为本发明实施例制得的镁合金表面低孔隙率微弧氧化膜（A）与标准液中制得的镁合金表面微弧氧化膜（B）的电化学阻抗谱。

具体实施方式

实施例：

（1）将AZ91镁合金用180#、800#、1200#和1500#耐水磨砂纸逐级打磨、水洗，之后在碱性除油液中除油，碱性除油液配方为：磷酸钠20 g/L，氢氧化钠20 g/L，碳酸钠40 g/L，除油温度为70 ℃，除油1分钟后，再用热水和冷水分别清洗AZ91镁合金表面，然后在无水乙醇中超声波清洗10分钟，清洗完成后，用蒸馏水冲洗表面，再放入蒸馏水中超声波清洗10分钟，干燥备用。

（2）将经步骤（1）处理后的AZ91镁合金放入微弧氧化电解液中作为阳极进行微弧氧化处理，阴极为不锈钢，微弧氧化电解液配方为：硅酸钠5 g/L、氟化钠8 g/L、氢氧化钠11g/L、四硼酸钠4 g/L、钨酸钠1 g/L、三乙醇胺4 ml/L、丙三醇5 ml/L。采用脉冲微弧氧化方式，工艺参数为：终止电压220伏特，氧化时间40分钟，脉冲频率50赫兹，占空比30%。微弧氧化结束后，将AZ91镁合金用蒸馏水冲洗并置于50 ℃的鼓风干燥箱中干燥，即制得镁合金表面低孔隙率微弧氧化膜。

所述磷酸钠、碳酸钠、硅酸钠、氟化钠、氢氧化钠、四硼酸钠、钨酸钠、三乙醇胺、丙三醇、氟化钾、氢氧化钾和无水乙醇均为化学纯。

将上述实施例步骤中的微弧氧化电解液替换为微弧氧化标准液，其配方为：硅酸钠5g/L；氟化钾8g/L；氢氧化钾11g/L，其他步骤不变，制备出镁合金表面微弧氧化膜。

本实施例制得的镁合金表面低孔隙率微弧氧化膜的膜层厚度约为15 μm，通过SEM表征表明，膜层表面平整，无微裂纹。通过镁合金表面微弧氧化膜的孔径分布图和孔隙率计算可知，本实施例所制备的镁合金表面低孔隙率微弧氧化膜的孔隙率为8.78%，比标准液中制得的镁合金表面微弧氧化膜的孔隙率12.03%有所减小，孔径分布也更加均匀。极化曲线和交流阻抗是腐蚀科学中常用的电化学手段之一，是研究金属表面膜层腐蚀速率的有效工具。对本实施例所制得的镁合金表面低孔隙率微弧氧化膜进行电化学耐蚀性能测试，采用三电极体系（镁合金表面低孔隙率微弧氧化膜试样为研究电极，铂电极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极），质量百分比浓度为3.5%的NaCl溶液为电解质。本实施例所获得的镁合金表面低孔隙率微弧氧化膜的腐蚀电流密度为2.994×10^-7A/cm²，比镁合金基体的1.951×10^-5A/cm²，降低了两个数量级，比标准液中制得的镁合金表面微弧氧化膜的腐蚀电流密度3.317×10^-6A/cm²，降低了一个数量级。本实施例所获得的镁合金表面低孔隙率微弧氧化膜的电化学阻抗约为3.0×10⁵ Ω·cm²，也比标准液中制得的镁合金表面微弧氧化膜的电化学阻抗大，表现出明显的耐蚀性能。

Claims (1)

1.一种镁合金表面低孔隙率微弧氧化膜的制备方法，其特征在于具体步骤为：

（1）将AZ91镁合金用180#、800#、1200#和1500#耐水磨砂纸逐级打磨、水洗，之后在碱性除油液中于50~70 ℃下除油1~5分钟，再用热水和冷水分别清洗AZ91镁合金表面，然后在无水乙醇中超声波清洗10~15分钟，清洗完成后，用蒸馏水冲洗表面，再放入蒸馏水中超声波清洗5~10 分钟，干燥备用；

（2）将经步骤（1）处理后的AZ91镁合金放入微弧氧化电解液中作为阳极进行微弧氧化处理，阴极为不锈钢，采用脉冲微弧氧化方式，工艺参数为：终止电压180~230伏特，氧化时间30~60分钟，脉冲频率50~200赫兹，占空比30~70%；微弧氧化结束后，将AZ91镁合金用蒸馏水冲洗并置于50 ℃的鼓风干燥箱中干燥，即制得镁合金表面低孔隙率微弧氧化膜；

所述碱性除油液配方为：磷酸钠20~30 g/L，氢氧化钠15~25 g/L，碳酸钠30~40 g/L；

所述微弧氧化电解液配方为：硅酸钠3~20 g/L，氢氧化钠10~30g/L，氟化钠5~15g/L，四硼酸钠1~5g/L，钨酸钠0.1~5g/L，三乙醇胺1~10 ml/L、丙三醇1~10ml/L；

所述磷酸钠、碳酸钠、硅酸钠、氟化钠、氢氧化钠、四硼酸钠、钨酸钠、三乙醇胺、丙三醇、无水乙醇均为化学纯及以上纯度。

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