CN113373492B - 一种镁合金超高频微弧氧化的处理方法 - Google Patents

一种镁合金超高频微弧氧化的处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种镁合金超高频微弧氧化的处理方法，属于金属材料表面处理技术领域。该方法包括：将镁合金工件浸没于温度为20‑50℃的镁合金专用除油剂中除油处理，水洗，主溶液体系和添加剂在磁力搅拌的条件下充分溶解，用压缩空气搅拌至溶液均匀，得到的微弧氧化溶液倒入溶液槽内，经钛合金板式换热器冷却至温度不高于50℃，以不锈钢板为阴极、水洗后的镁合金工件为阳极，采用恒流模式，在电流密度为1‑20A/dm2、占空比为20％和频率为5000‑30000Hz的条件下进行微弧氧化，水洗，烘干。本发明选用超高频微弧氧化处理，膜层孔隙度低且致密性好，大大提高膜层的耐蚀性。

Description

一种镁合金超高频微弧氧化的处理方法
技术领域
本发明属于金属材料表面处理技术领域，具体涉及一种镁合金超高频微弧氧化的处理方法。
背景技术
镁合金是目前最轻的工程金属材料，其密度为1.7g/cm3，因其具有良好的阻尼特性、高比强度、特殊刚度和可浇注性作为结构材料用于现代工程领域。但是由于其化学活性较高，耐蚀性较差，严重限制其工程应用，采用不同表面处理技术如电镀、化学氧化、阳极氧化、电泳和化学相沉积等可以改善镁合金的上述缺陷，扩展其应用场合。
微弧氧化技术由于具有优异的耐蚀性和长效性而广泛用于镁合金表面处理，目前微弧氧化工艺主要集中在溶液优化、微纳米粒子添加和电参数优化等方面。其中，电参数优化主要包括电流密度、频率和占空比等，频率为单位时间内的脉冲数量，随着频率的增加，单位时间内的脉冲能量降低，对微弧氧化过程中影响较为明显，但是目前大部分微弧氧化采用的频率均在低频，一般为50Hz到5000Hz左右。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种镁合金超高频微弧氧化的处理方法，通过提高氧化频率以及频率与溶液匹配性，可以有效提高膜层的生长效率，在镁合金表面得到均匀致密的微弧氧化膜层，提高膜层的耐蚀性。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：
一种镁合金超高频微弧氧化的处理方法，包括以下步骤：
(1)除油：将镁合金工件浸没于镁合金专用除油剂中除油处理；
(2)水洗：用去离子水对步骤(1)中除油后的镁合金工件进行冲洗；
(3)超高频微弧氧化：将微弧氧化溶液倒入溶液槽内，用钛合金板式换热器冷却至溶液温度不高于50℃，以不锈钢板为阴极、步骤(2)中水洗后的镁合金工件为阳极，采用恒流模式，在电流密度为1-20A/dm2、占空比为20％和频率为5000-30000Hz的条件下进行微弧氧化5-30min；
(4)水洗：用去离子水对步骤(3)中微弧氧化后的镁合金工件进行冲洗；
(5)烘干：用压缩空气或干燥箱对步骤(4)中水洗后的镁合金工件进行烘干。
优选地，步骤(1)中，除油温度为20-50℃，除油时间为10-30s。
优选地，所述镁合金专用除油剂选自1-8g/L碳酸氢钠、1-5g/L氢氧化钠、5-10g/L磷酸盐、0.2-1g/L特殊表面活性剂中的一种或两种以上组合，去除油脂的同时防止除油过程中腐蚀镁合金基体。
优选地，步骤(3)中，所述微弧氧化溶液由主溶液和添加剂在磁力搅拌的条件下充分溶解后压缩空气搅拌均匀得到，其中所述主溶液为由5-20g/L硅酸钠、1-10g/L六偏磷酸钠、1-10g/L氢氧化钠和1-5g/L氟化钠组成的混合溶液，所述添加剂由5-15ml/L丙三醇和1-10g/L乙二胺四乙酸(EDTA)组成。
优选地，步骤(2)中，重复水洗次数直至所述镁合金工件表面无所述镁合金专用除油剂残留。
优选地，步骤(4)中，重复水洗次数直至所述镁合金工件表面无所述微弧氧化溶液残留。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明突破传统中低频微弧氧化技术，选用超高频微弧氧化处理，通过提高频率即单次脉冲能量来控制单次放电能量，改善超高频微弧氧化膜层的质量，膜层孔隙度低且致密性好。
(2)本发明通过提高微弧氧化频率与溶液匹配性，可以有效提高膜层的生长效率，实现微弧氧化膜层部分自愈合，提高膜层的耐蚀性。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
附图作为本申请的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：
图1是实施例1中微弧氧化膜表面和截面的SEM形貌，其中：(a)和(b)分别为500Hz和5000Hz的膜表面SEM形貌，(c)和(d)分别为500Hz和5000Hz的膜截面SEM形貌。
图2是实施例2中微弧氧化膜表面和截面的SEM形貌，其中：(a)和(b)分别为500Hz和10000Hz的膜表面SEM形貌，(c)和(d)分别为500Hz和10000Hz的膜截面SEM形貌。
图3是实施例3中微弧氧化膜表面和截面的SEM形貌，其中：(a)和(b)分别为500Hz和20000Hz的膜表面SEM形貌，(c)和(d)分别为500Hz和20000Hz的膜截面SEM形貌。
图4是不同频率处理后的微弧氧化膜膜层阻抗图谱。
图5是不同频率处理后的微弧氧化膜膜层的极化曲线。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干调整和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
采用超高频微弧氧化处理镁合金，步骤如下：
(1)除油：配置镁合金专用除油剂，主要成分为3g/L碳酸氢钠、3g/L氢氧化钠、5g/L磷酸盐和0.5g/L特殊表面活性剂，调整其温度为40℃，将镁合金工件浸没于其中除油处理20s，去除油脂的同时防止除油过程中腐蚀镁合金基体。
(2)水洗：用去离子水对除油后的镁合金工件进行冲洗，确保无除油剂残留。
(3)超高频微弧氧化：主溶液体系和添加剂在磁力搅拌的条件下充分溶解，再用压缩空气搅拌至溶液均匀得到微弧氧化溶液，主溶液体系为由10g/L硅酸钠5g/L六偏磷酸钠、2g/L氢氧化钠和5g/L氟化钠组成的混合溶液，添加剂为由5ml/L丙三醇和1g/L乙二胺四乙酸(EDTA)组成。将微弧氧化溶液倒入溶液槽内，经钛合金板式换热器冷却至溶液温度不高于50℃，以不锈钢板为阴极、水洗后的镁合金工件为阳极，采用恒流模式，在电流密度为8A/dm2、占空比为20％和频率为5000Hz的条件下进行微弧氧化10min。
(4)后处理：用去离子水对微弧氧化后的镁合金工件进行冲洗，确保无溶液残留。
(5)烘干：采用压缩空气或干燥箱烘干，避免腐蚀。
如图1所示，膜层均匀一致，表面整体呈乳白色，厚度均匀，在27-30μm之间，频率在5000Hz时制备的膜层孔隙率大幅度降低，微孔直径由500Hz的7-8μm降低到5000Hz的4-5μm。
实施例2
采用超高频微弧氧化处理镁合金，步骤如下：
(1)除油：配置镁合金专用除油剂，主要成分为3g/L碳酸氢钠、3g/L氢氧化钠、5g/L磷酸盐和0.5g/L特殊表面活性剂，调整其温度为40℃，将镁合金工件浸没于其中除油处理20s，去除油脂的同时防止除油过程中腐蚀镁合金基体。
(2)水洗：用去离子水对除油后的镁合金工件进行冲洗，确保无除油剂残留。
(3)超高频微弧氧化：主溶液体系和添加剂在磁力搅拌的条件下充分溶解，再用压缩空气搅拌至溶液均匀得到微弧氧化溶液，主溶液体系为由10g/L硅酸钠、5g/L六偏磷酸钠、2g/L氢氧化钠和5g/L氟化钠组成的混合溶液，添加剂为由5ml/L丙三醇和1g/L EDTA组成。将微弧氧化溶液倒入溶液槽内，经钛合金板式换热器冷却至溶液温度不高于50℃，以不锈钢板为阴极、水洗后的镁合金工件为阳极，采用恒流模式，在电流密度为8A/dm2、占空比为20％和频率为10000Hz的条件下进行微弧氧化10min。
(4)后处理：用去离子水对微弧氧化后的镁合金工件进行冲洗，确保无溶液残留。
(5)烘干：采用压缩空气或干燥箱烘干，避免腐蚀。
如图2所示，膜层均匀一致，表面整体呈乳白色，厚度均匀，在27-30μm之间，频率在10000Hz时制备的膜层孔隙率大幅度降低，微孔直径由500Hz的7-8μm降低到10000Hz的2-3μm。
实施例3
采用超高频微弧氧化处理镁合金，步骤如下：
(1)除油：配置镁合金专用除油剂，主要成分为碳酸氢钠3g/L、氢氧化钠3g/L、磷酸盐5g/L、特殊表面活性剂0.5g/L，调整其温度为40℃，将镁合金工件浸没于其中除油处理20s，去除油脂的同时防止除油过程中腐蚀镁合金基体。
(2)水洗：用去离子水对除油后的镁合金工件进行冲洗，确保无除油剂残留。
(3)超高频微弧氧化：主溶液体系和添加剂在磁力搅拌的条件下充分溶解，再用压缩空气搅拌至溶液均匀得到微弧氧化溶液，主溶液体系为由10g/L硅酸钠、5g/L六偏磷酸钠、2g/L氢氧化钠和5g/L氟化钠组成的混合溶液，添加剂为由5ml/L丙三醇和1g/L EDTA组成。将微弧氧化溶液倒入溶液槽内，经钛合金板式换热器冷却至溶液温度不高于50℃，以不锈钢板为阴极、水洗后的镁合金工件为阳极，采用恒流模式，在电流密度为8A/dm2、占空比为20％和频率为20000Hz的条件下进行微弧氧化10min。
(4)后处理：用去离子水对微弧氧化后的镁合金工件进行冲洗，确保无溶液残留。
(5)烘干：采用压缩空气或干燥箱烘干，避免腐蚀。
如图3所示，膜层均匀一致，表面整体呈乳白色，厚度均匀，在27-30μm之间，频率在20000Hz时制备的膜层孔隙率大幅度降低，微孔直径由500Hz的7-8μm降低到20000Hz的1-2μm。
如图4所示，随着频率的增大，阻抗弧的半径逐渐增大，表明膜层的耐蚀性能提高，20000Hz制备的膜层耐蚀性能最优异，耐蚀性能：20000Hz＞10000Hz＞5000Hz＞500Hz。
如图5所示，提高氧化频率后曲线向左上方正移，表明膜层的耐蚀性能提高，腐蚀电流逐渐降低，腐蚀电位逐渐增大，腐蚀电流：20000Hz＜10000Hz＜5000Hz＜500Hz；腐蚀电位：20000Hz＞10000Hz＞5000Hz＞500Hz。

Claims (5)

1.一种镁合金超高频微弧氧化的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)除油：将镁合金工件浸没于镁合金专用除油剂中除油处理；
(2)水洗：用去离子水对步骤(1)中除油后的镁合金工件进行冲洗；
(3)超高频微弧氧化：将微弧氧化溶液倒入溶液槽内，用钛合金板式换热器冷却至溶液温度不高于50℃，以不锈钢板为阴极、步骤(2)中水洗后的镁合金工件为阳极，采用恒流模式，在电流密度为1-20A/dm2、占空比为20％和频率为10000-20000Hz的条件下进行微弧氧化5-30min；
所述微弧氧化溶液由主溶液和添加剂在磁力搅拌的条件下充分溶解后压缩空气搅拌均匀得到，其中所述主溶液为由5-20g/L硅酸钠、1-10g/L六偏磷酸钠、1-10g/L氢氧化钠和1-5g/L氟化钠组成的混合溶液，所述添加剂由5-15ml/L丙三醇和1-10g/L乙二胺四乙酸组成；
(4)水洗：用去离子水对步骤(3)中微弧氧化后的镁合金工件进行冲洗；
(5)烘干：用压缩空气或干燥箱对步骤(4)中水洗后的镁合金工件进行烘干。
2.根据权利要求1所述镁合金超高频微弧氧化的处理方法，其特征在于，步骤(1)中，除油温度为20-50℃，除油时间为10-30s。
3.根据权利要求1所述镁合金超高频微弧氧化的处理方法，其特征在于，所述镁合金专用除油剂选自1-8g/L碳酸氢钠、1-5g/L氢氧化钠、5-10g/L磷酸盐、0.2-1g/L特殊表面活性剂中的一种或两种以上组合。
4.根据权利要求1所述镁合金超高频微弧氧化的处理方法，其特征在于，步骤(2)中，重复水洗次数直至所述镁合金工件表面无所述镁合金专用除油剂残留。
5.根据权利要求1所述镁合金超高频微弧氧化的处理方法，其特征在于，步骤(4)中，重复水洗次数直至所述镁合金工件表面无所述微弧氧化溶液残留。
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