CN118461100A - 一种镁合金表面等离子体电解氧化膜层及其制备方法 - Google Patents
一种镁合金表面等离子体电解氧化膜层及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN118461100A CN118461100A CN202410938962.5A CN202410938962A CN118461100A CN 118461100 A CN118461100 A CN 118461100A CN 202410938962 A CN202410938962 A CN 202410938962A CN 118461100 A CN118461100 A CN 118461100A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- magnesium alloy
- plasma electrolytic
- film
- stage
- electrolytic oxidation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229910000861 Mg alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 92
- 238000007745 plasma electrolytic oxidation reaction Methods 0.000 title claims abstract description 59
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 58
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims abstract description 38
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 33
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 33
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 16
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims description 15
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 244000137852 Petrea volubilis Species 0.000 claims description 9
- 239000004115 Sodium Silicate Substances 0.000 claims description 7
- 238000010992 reflux Methods 0.000 claims description 7
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052911 sodium silicate Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000004645 aluminates Chemical class 0.000 claims description 4
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 4
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 4
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 claims description 4
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 4
- ANBBXQWFNXMHLD-UHFFFAOYSA-N aluminum;sodium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Na+].[Al+3] ANBBXQWFNXMHLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910001388 sodium aluminate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000001488 sodium phosphate Substances 0.000 claims description 2
- 229910000162 sodium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- RYFMWSXOAZQYPI-UHFFFAOYSA-K trisodium phosphate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[O-]P([O-])([O-])=O RYFMWSXOAZQYPI-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 16
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 16
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 abstract description 12
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 6
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 abstract description 4
- 230000006872 improvement Effects 0.000 abstract description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 abstract description 3
- 238000007747 plating Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 50
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- NROKBHXJSPEDAR-UHFFFAOYSA-M potassium fluoride Chemical compound [F-].[K+] NROKBHXJSPEDAR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 10
- 238000002679 ablation Methods 0.000 description 7
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 7
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 5
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 5
- 239000011698 potassium fluoride Substances 0.000 description 5
- 235000003270 potassium fluoride Nutrition 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- ZOMNIUBKTOKEHS-UHFFFAOYSA-L dimercury dichloride Chemical class Cl[Hg][Hg]Cl ZOMNIUBKTOKEHS-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000013213 extrapolation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000012085 test solution Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Abstract
本发明公开了一种镁合金表面等离子体电解氧化膜层及其制备方法，涉及镁合金表面处理技术领域。本发明采取电压和占空比双参数协调调控的方式，根据等离子体电解氧化过程中微火花及回路电流的阶段性变化，通过对电压和占空比组合进行调控，对镁合金表面进行镀膜处理。整个处理过程包含四个阶段且不同目的的调控，分别为阶段一调控尖峰电流、阶段二调控膜层生长速度、阶段三调控膜层生长速度和膜层孔隙、阶段四调控膜层孔隙。既实现了膜层生长速度及耐腐蚀性能的双提高，又有效地削弱了脉冲尖峰对电源设备中电子元件的冲击，提高了电源设备的有效功率，解决了镁合金等离子体电解氧化膜层制备时高膜层质量、高成膜效率及低电流冲击不能兼得的问题。
Description
技术领域
本发明涉及镁合金表面处理技术领域，具体涉及一种镁合金表面等离子体电解氧化膜层及其制备方法。
背景技术
镁合金具有密度低、强度高、可再生等特点，在机械、汽车、航天、通信等领域的应用越来越广泛。然而，因其化学活性高，导致镁合金的耐腐蚀性差，严重制约镁合金的应用和发展。因此，需要对镁合金进行表面处理以提高其耐腐蚀性。
目前，通常采用化学处理、镀层与阳极氧化处理等工艺对镁合金进行表面处理，但上述工艺的加工过程较为繁琐，制得薄膜厚度较小或与基体结合较差，耐腐蚀性能力差。相较于上述工艺，等离子体电解氧化法作为一种新型的镁合金表面处理技术，可以明显改善镁合金的耐蚀性能。等离子体电解氧化技术通过在高电压作用下产生微等离子体弧光放电，促使电解液中的成分在放电作用下在镁合金表面形成氧化膜，同时在试样表面可观察到大量的微火花，随着击穿放电的不断进行，膜层的厚度不断增大。镁合金表面等离子体电解氧化膜层的生长需要电源不断地提供足以产生高压击穿放电的能量，能量越足，膜层生长速度越快，因而为了提高膜层的生长速度，获得较厚的膜层，需要不断地增大电源能量供给。但是，过高的能量会导致镁合金试样表面某些区域发生连续击穿（即烧蚀现象），从而在膜层表面产生烧蚀坑、大块烧蚀物质聚集等缺陷，严重降低了膜层的质量。
目前，等离子体电解氧化处理所用的电源有直流、交流和脉冲等多种模式，其中脉冲模式由于所得膜层相对较好而成为主流。脉冲模式下，电压、频率、占空比等参数的大小及调控方式对膜层的生长及性能有很大的影响，目前处理方法下，要获得较高的膜层生长速度，通常采用较大的电压或较大的占空比，但这样通常会带来两个问题，一是在膜层生长的初期，由于膜层的电阻性很小，导致回路中的电流较大，进一步导致脉冲充放电时的瞬时电流也很大，从而对电源设备产生很大的冲击，二是在膜层生长的后期，较高的电压易导致试样表面部分微区产生持续击穿现象，从而严重降低膜层的质量。尤其是在处理面积较大的镁合金工件时，上述两个问题表现地尤为突出。而要获得较高的膜层质量，往往只能采用相对较小的电压或占空比，但这会使得膜层的生长速度明显降低。
因此，如何调控等离子体电解氧化处理过程中的占空比和电压，既能保证膜层的生长速度，又能避免烧蚀坑现象的出现，从而制得高质量、耐腐性的镁合金表面等离子体电解氧化膜层是很有必要的。
发明内容
针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种镁合金表面等离子体电解氧化膜层及其制备方法。本发明在对等离子体电解氧化膜层生长机制深入分析的基础上，提出了一种电压和占空比协同调控的膜层制备方法。本发明采取双参数协同调控的思路，选取对膜层生长影响较大的电压和占空比两个参数，通过在等离子体电解氧化过程的不同阶段同时调控电压和占空比，使得电源输出的能量既能始终满足膜层快速生长的需要，同时又不至于能量太高而产生破坏性的烧蚀现象从而严重降低膜层的质量，进而使得制备的膜层既有较高的生长速度又有较高的质量，从而显著提高了镁合金的耐腐蚀性能，同时也可以有效地减弱尖峰电流对电源设备的冲击影响。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一方面，提供了一种镁合金表面等离子体电解氧化膜层的制备方法，包括以下步骤：
（1）对镁合金试样进行表面预处理；
（2）对预处理后的镁合金试样进行等离子体电解氧化处理，在等离子体电解氧化过程中，分阶段调节电源电压和占空比，具体如下：
阶段1：调节电源电压从0V加载至300V-400V，并记录加载结束时的回路电流作为初始回路电流，同时，调节占空比为5-15%；
阶段2：当镁合金试样表面出现微火花，且回流电流低于初始回路电流的80%时，调节电源电压为300-400V，占空比为30-50%；
阶段3：当镁合金试样表面的微火花颜色由白色变为黄色时，调节电源电压为400-450V，占空比为15-30%；
阶段4：当微火花呈现黄色且其直径超过1mm时，调节电压为400-450V，占空比为5-15%。
优选的，步骤（1）中，镁合金试样进行表面预处理的具体操作为：依次用150#、400#SiC砂纸打磨，再超声波清洗5min，取出后热风吹干。
优选的，步骤（2）中，阶段1中电源电压的加载速度为100-200V/min。
优选的，步骤（2）中，等离子体电解氧化处理的具体操作为：将表面预处理后的镁合金试样与铝丝的一端连接后，浸入等离子体电解氧化电解液中，铝丝另一端与等离子体电解氧化脉冲电源的正极相连。
进一步优选的，所述等离子体电解氧化电解液为硅酸盐体系、磷酸盐体系、铝酸盐体系中的一种。
进一步优选的，所述硅酸盐体系包括5-25g/L硅酸钠、2-5g/L氢氧化钠；所述磷酸盐体系包括5-25g/L磷酸钠、2-5g/L氢氧化钠；所述铝酸盐体系包括5-25g/L铝酸钠、2-5g/L氢氧化钠。
优选的，步骤（2）中，等离子体电解氧化处理中，采用单极性脉冲模式，脉冲频率300-800Hz，处理时间5-90min。
本发明的第二方面，提供了一种镁合金表面等离子体电解氧化膜层。
有益效果：
（1）本发明针对等离子电解氧化过程复杂多变的特征，通过在四个阶段进行不同目的的调控，实现了多个有益效果。具体的，阶段1调控尖峰电流，等离子体电解氧化初始阶段，此时膜层厚度很薄，电阻很小，使得回路中的电流较大，进一步导致脉冲充放电时的瞬时电流也很大，这往往会对电源设备产生很大的冲击，此时采用较小的占空比，可降低回路电流，从而减少对电源设备中电子元件的冲击，提高了电源设备的有效功率；阶段2调控膜层生长速度，当回路电流低于初始回路电流的80%时，说明膜层已有一定的厚度，电阻性增强，为了使得膜层快速生长，需要电源增大能量供给，此时采用较高的占空比可提供较多的能量促进膜层生长，提高生长速度；阶段3调控膜层生长速度和膜层孔隙，当镁合金试样表面的微火花颜色由白色变为黄色，说明膜层生长开始进入中后期，此时的电源能量供给既要考虑膜层生长速度，又要避免较高的能量使得膜层表面形成较大的微孔影响其性能，故采用的占空比高于阶段1但低于阶段2，从而同时兼顾了膜层生长和性能。阶段4调控膜层孔隙，当镁合金试样表面的微火花尺寸明显变大，直径超过1mm后，膜层生长已处于后期，此时膜层表面形成的微孔对膜层性能有显著的影响，通过采用较小的占空比减少能量供给，使得膜层表面形成尺寸较小的微孔。另外，此时由于微火花较大，击穿能量易集中，从而易造成烧蚀现象的发生，而较小能量则可有效的避免这一现象，保证了膜层良好的质量和性能。
（2）本发明通过同时调控电压和占空比两个对镁合金等离子电解氧化工艺十分重要的参数，既极大地削弱了脉冲尖峰对电源设备中电子元件的冲击，提高了电源设备的有效功率，又保证了膜层具有较高的生长速度，同时又能够使得膜层表面所成微孔更加细小、均匀，并且还避免了烧蚀坑、大块烧蚀物质聚集等缺陷的出现，实现了膜层生长速度及性能的双提高。
（3）本发明制备出的镁合金表面等离子体电解氧化膜层，由于具有较高的生长速度及优良的表面质量，表现出十分优异的耐腐蚀性能，同时由于根据膜层生长规律不断调整电源能量供给，因而制备过程耗能更少，对电源设备的冲击也更小。
附图说明
图1为本发明实施例1与对比例1、对比例2、对比例3、对比例4、对比例5、对比例6中所得膜层的厚度对比。
图2为实施例1制得镁合金表面等离子体电解氧化膜层的扫描电镜图。
图3为对比例1制得镁合金表面等离子体电解氧化膜层的扫描电镜图。
图4为对比例2制得镁合金表面等离子体电解氧化膜层的扫描电镜图。
图5为对比例3制得镁合金表面等离子体电解氧化膜层的扫描电镜图。
图6为对比例4制得镁合金表面等离子体电解氧化膜层的扫描电镜图。
图7为对比例5制得镁合金表面等离子体电解氧化膜层的扫描电镜图。
图8为对比例6制得镁合金表面等离子体电解氧化膜层的扫描电镜图。
图9为本发明实施例1与对比例1、对比例2、对比例3、对比例4、对比例5、对比例6中所得膜层的电压及电流脉冲波形对比，其中，（a）为实施例1制得膜层、（b）为对比例1制得膜层、（c）为对比例2制得膜层、（d）为对比例3制得膜层、（e）为对比例4制得膜层、（f）为对比例5制得膜层、（g）为对比例6制得膜层。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体实施例详细说明本发明的技术方案。
现有技术中，当采用等离子电解氧化方法制备镁合金表面膜时，以时间作为调整占空比和电压的参数，CN115627512A公开了一种生物医用镁合金复合涂层及其制备方法，采用微弧氧化制备镁合金复合涂层过程中，根据处理时间，将微弧氧化过程分为4个阶段，并分别调节各阶段的占空比、电压等。
但在实际反应过程中，真实的膜层生长各阶段的处理时间并不相同，且反应过程中，采用的镁合金的种类、电解液的组成和浓度的不同也会对实际镁合金膜层的生长产生一定的影响。因此，现有技术中仅通过将处理时间进行等分划分处理阶段用于调控占空比和电压，这种方法与镁合金表面膜层的实际生长过程并不匹配，这就可能出现当膜层生长已经开始进入了中后期，但使用的电压和占空比不匹配，从而使得电源能量较高导致膜层表面出现较大的微孔，影响最终镁合金表面膜层的性能。
基于此，本发明根据等离子电解氧化的过程划分为四个阶段，挑选每个阶段最能反映氧化过程变化且最易识别的特征，用于判断氧化过程的进展情况，并基于上述特征作为参数调节电源电压和占空比，从而达到每个阶段的电源电压和占空比与等离子体电解氧化过程中每个阶段相匹配。
本发明采用微火花及电流的变化作为调控依据，微火花及电流的变化是等离子电解氧化状态最直接的反映，最准确地反映了膜层的生长阶段，同时也最准确地了反映电源能量的供给情况，从而可以最有效地达到调控膜层生长的目的。更重要的是，本发明的调控效果不受其他工艺参数变化的影响，普适性及经济性更好。本发明提供了一种根据等离子体电解氧化过程中微火花及回路电流的阶段性变化，通过对电压和占空比双参数在不同阶段进行不同目的的调控，在镁合金表面制备膜层的方法。所制备的膜层不仅具有优异的耐腐蚀性能，同时具有较高的生长速度，并且处理过程中可以有效地削弱电流脉冲尖峰对电源设备中电子元件的冲击，提高了电源设备的有效功率，解决了镁合金等离子体电解氧化膜层制备时高膜层质量、高成膜效率及低电流冲击不能兼得的问题，促进了镁合金作为工程材料在实际生产中的应用。
本发明实施例中所用的实验材料均为本领域常规的实验材料，均可通过商业渠道购买得到。
实施例1：
（1）将尺寸为20mm×30mm×15mm的AM60镁合金试样依次用150#、400# SiC砂纸打磨后，超声波清洗5min，取出后热风吹干；
（2）将预处理后的镁合金试样与铝丝的一端连接后，浸入到盛有硅酸盐体系电解液的处理槽中，所述硅酸盐体系电解液由15g/L硅酸钠、10 g/L氟化钾、2 g/L氢氧化钠、8mL/L丙三醇组成，铝丝另一端与脉冲电源的正极相连，进行等离子体电解氧化处理，在处理过程中，保持脉冲频率为600Hz，调节各阶段的电源电流和电压，具体如下所示：
阶段1：调节电源电压从0V加载至340V，加载速度为170V/min，并记录加载结束时的回路电流作为初始回路电流，同时，调节占空比为10%；
阶段2：当镁合金试样表面出现微火花，且回流电流低于初始回路电流的80%时，调节电源电压为350V，占空比为40%；
阶段3：当镁合金试样表面的微火花颜色由白色变为黄色时，调节电源电压为410V，占空比为25%；
阶段4：当微火花呈现黄色且其直径超过1mm时，调节电压为420V，占空比为15%；
等离子体电解氧化的处理时间为20min。
实施例2：
（1）将尺寸为20mm×30mm×15mm的AM60镁合金试样依次用150#、400# SiC砂纸打磨后，超声波清洗5min，取出后热风吹干；
（2）将预处理后的镁合金试样与铝丝的一端连接后，浸入盛有硅酸盐体系电解液的处理槽中，所述硅酸盐体系电解液由15g/L硅酸钠、10g/L氟化钾、2g/L氢氧化钠、8mL/L丙三醇所组成，铝丝另一端与脉冲电源的正极相连，进行等离子体电解氧化处理，在处理过程中，保持脉冲频率为600Hz，调节各阶段的电源电流和电压，具体如下所示：
阶段1：调节电源电压从0V加载至390V，加载速度为150V/min，并记录加载结束时的回路电流作为初始回路电流，同时，调节占空比为12%；
阶段2：当镁合金试样表面出现微火花，且回流电流低于初始回路电流的80%时，调节电源电压为350V，占空比为35%；
阶段3：当镁合金试样表面的微火花颜色由白色变为黄色时，调节电源电压为410V，占空比为25%；
阶段4：当微火花呈现黄色且其直径超过1mm时，调节电压为410V，占空比为15%；
等离子体电解氧化的处理时间为15min。
实施例3：
（1）将尺寸为20mm×30mm×15mm的AM60镁合金试样依次用150#、400# SiC砂纸打磨后，超声波清洗5min，取出后热风吹干。
（2）将预处理后的镁合金试样与铝丝的一端连接后，浸入盛有硅酸盐体系电解液的处理槽中，所述硅酸盐体系电解液由15g/L硅酸钠、10 g/L氟化钾、2 g/L氢氧化钠、8mL/L丙三醇所组成，铝丝另一端与脉冲电源的正极相连，进行等离子体电解氧化处理，在处理过程中，保持脉冲频率为700Hz，调节各阶段的电源电流和电压，具体如下所示：
阶段1：调节电源电压从0V加载至380V，加载速度为200V/min，并记录加载结束时的回路电流作为初始回路电流，同时，调节占空比为10%；
阶段2：当镁合金试样表面出现微火花，且回流电流低于初始回路电流的80%时，调节电源电压为350V，占空比为35%；
阶段3：当镁合金试样表面的微火花颜色由白色变为黄色时，调节电源电压为420V，占空比为25%；
阶段4：当微火花呈现黄色且其直径超过1mm时，调节电压为420V，占空比为20%；
等离子体电解氧化的处理时间为25min。
实施例4：
（1）将尺寸为20mm×30mm×15mm的AM60镁合金试样依次用150#、400# SiC砂纸打磨后，超声波清洗5min，取出后热风吹干。
（2）将预处理后的镁合金试样与铝丝的一端连接后，浸入盛有硅酸盐体系电解液的处理槽中，所述硅酸盐体系电解液由15g/L硅酸钠、10g/L氟化钾、2 g/L氢氧化钠、8mL/L丙三醇所组成，铝丝另一端与脉冲电源的正极相连，进行等离子体电解氧化处理，在处理过程中，保持脉冲频率为500Hz，调节各阶段的电源电流和电压，具体如下所示：
阶段1：调节电源电压从0V加载至300V，加载速度为100V/min，并记录加载结束时的回路电流作为初始回路电流，同时，调节占空比为15%；
阶段2：当镁合金试样表面出现微火花，且回流电流低于初始回路电流的80%时，调节电源电压为400V，占空比为30%；
阶段3：当镁合金试样表面的微火花颜色由白色变为黄色时，调节电源电压为450V，占空比为15%；
阶段4：当微火花呈现黄色且其直径超过1mm时，调节电压为400V，占空比为13%；
等离子体电解氧化的处理时间为30min。
实施例5：
（1）将尺寸为20mm×30mm×15mm的AM60镁合金试样依次用150#、400# SiC砂纸打磨后，超声波清洗5min，取出热风吹干。
（2）将预处理后的镁合金试样与铝丝的一端连接后，浸入盛有硅酸盐体系电解液的处理槽中，所述硅酸盐体系电解液由15g/L硅酸钠、10 g/L氟化钾、2 g/L氢氧化钠、8mL/L丙三醇所组成，铝丝另一端与脉冲电源的正极相连，进行等离子体电解氧化处理，在处理过程中，保持脉冲频率为800Hz，调节各阶段的电源电流和电压，具体如下所示：
阶段1：调节电源电压从0V加载至400V，加载速度为200V/min，并记录加载结束时的回路电流作为初始回路电流，同时，调节占空比为5%；
阶段2：当镁合金试样表面出现微火花，且回流电流低于初始回路电流的80%时，调节电源电压为300V，占空比为50%；
阶段3：当镁合金试样表面的微火花颜色由白色变为黄色时，调节电源电压为400V，占空比为30%；
阶段4：当微火花呈现黄色且其直径超过1mm时，调节电压为450V，占空比为5%；
等离子体电解氧化的处理时间为15min。
对比例1：
本对比例与实施例1的区别在于：在等离子体电解氧化处理过程中，维持电压为340V、占空比为10%不变。
对比例2：
本对比例与实施例1的区别在于：在等离子体电解氧化处理过程中，维持电压为350V、占空比为40%不变。
对比例3：
本对比例与实施例1的区别在于：在等离子体电解氧化处理过程中，维持电压为410V、占空比为25%不变。
对比例4：
本对比例与实施例1的区别在于：在等离子体电解氧化处理过程中，维持电压为420V、占空比为15%不变。
对比例5：
本对比例与实施例1的区别在于：在等离子体电解氧化处理过程中，电压始终为350V，将整个处理过程分为四个时间段，分别为阶段1-阶段4，每个时间段的处理时间为5min，各阶段的占空比具体如下：
阶段1的占空比为10%，阶段2的占空比为40%，阶段3的占空比为25%，阶段4的占空比为15%。
对比例6：
本对比例与实施例1的区别在于：在等离子体电解氧化处理过程中，占空比始终为10%，将整个处理过程分为四个时间段，分别为阶段1-阶段4，每个时间段的处理时间为5min，各阶段的电压具体如下：
阶段1的电压为340V，阶段2的电压为350V，阶段3的电压为410V，阶段4的电压为420V。
试验例1：膜层厚度检测
将实施例1与对比例1-对比例6所制备的膜层采用涡流测厚仪进行厚度的测量，结果如图1所示。
从图1可以到，与对比例1-对比例6相比，本发明实施例1制得的膜层厚度均明显大于6个对比例中膜层，差值在7-20 um范围内，由此可见，本发明通过在等离子体电解氧化过程中根据试样表面微火花及回路电流的变化，采用不同的电压和占空比组合，在增大电源能量供给的同时，也提高了电源能量的利用效率，从而明显地提高了膜层的生长速度，所得膜层的厚度明显较大。
试验例2；膜层质量检测
将实施例1与对比例1-对比例6所制备的膜层采用扫描电子显微镜进行表征，结果如图2-图8所示。
从图中可以看出，对比例1、对比例5、对比例6所得膜层表面微孔大小与实施例1比较接近，对比例3、对比例4中膜层微孔明显较大，而对比例2膜层表面则明显不均匀，其中分布有较粗大的烧蚀聚集物，同时存在明显的微裂纹，与之相比，本发明实施例1中制备的膜层表面微孔较小，无粗大的烧蚀聚集物和微裂纹，表面质量较好。
试验例3：膜层耐腐蚀性能测试
对实施例1和对比例1-对比例6所制备的膜层采用电化学Tafel极化曲线法测试耐腐蚀性能，测试采用三电极体系，测试溶液为质量分数为3.5%的氯化钠水溶液，参比电极为饱和甘汞电极，电位扫描速率为0.001V/s，采用线性外推法对各极化曲线进行拟合，拟合结果如表1所示。
表1
根据腐蚀电化学相关理论可知，一般而言，腐蚀电流密度越小、极化电阻越大，说明材料的耐蚀性能越好。通过表1可知，与对比例1-对比例6所得膜层相比，实施例1的腐蚀电流密度均明显小于五个对比例，其值均小了一个数量级。此外，从极化电阻的对比也可以看出，实施例1的极化电阻也均明显大于五个对比例，甚至大于对对比例1、对比例2、对比例3、对比例4四者之和，充分说明了本发明充分发挥了电压和占空比在等离子体电解氧化过程中不同时期的协同作用，其效果既优于两者之一分别变化时，又远远地优于两者始终不变时，因此本发明所采用的方法对提高微弧氧化膜层的耐腐蚀性具有显著的协同增效作用。
试验例4：
将实施例1与对比例1-对比例6膜层制备过程中的电压、电流脉冲波形采用示波器进行采集，结果如图9所示。
图9中a为实施例1电压、电流波形，b、c、d、e、f、g分别为对比例1、对比例2、对比例3、对比例4、对比例5、对比例6中电压、电流波形。从图中可以看出，实施例1及六个对比例中，在脉冲电压到来的瞬时，均出现了一个电流尖峰，且该电流尖峰的值远远地大于脉冲电压稳定时的电流，这是由于膜层的电容性负载效应造成，较大的电流尖峰将反作用于电源设备，对其中的电阻元件造成冲击，缩短其使用寿命。对比例1、对比例5中电流尖峰的大小与实施例1比较接近，而其他四个对比例中电流尖峰均大于实施例1，说明本发明所采用的方法可以有效地削弱电流脉冲尖峰对电源设备中电子元件的冲击。此外，由于电流的大小随试样处理面积的增大而增大，因而电流尖峰的降低也就相当于增加了试样的可处理面积，提高了电源设备的有效功率。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种镁合金表面等离子体电解氧化膜层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）对镁合金试样进行表面预处理；
（2）对预处理后的镁合金试样进行等离子体电解氧化处理，在等离子体电解氧化过程中，分阶段调整电源电压和占空比，具体如下：
阶段1：调节电源电压从0V加载至300V-400V，并记录加载结束时的回路电流作为初始回路电流，同时，调节占空比为5-15%；
阶段2：当镁合金试样表面出现微火花，且回流电流低于初始回路电流的80%时，调节电源电压为300-400V，占空比为30-50%；
阶段3：当镁合金试样表面的微火花颜色由白色变为黄色时，调节电源电压为400-450V，占空比为15-30%；
阶段4：当微火花呈现黄色且其直径超过1mm时，调节电压为400-450V，占空比为5-15%。
2.如权利要求1所述的镁合金表面等离子体电解氧化膜层的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，镁合金试样进行表面预处理的具体操作为：依次用150#、400# SiC砂纸打磨，再超声波清洗5min，取出后热风吹干。
3.如权利要求1所述的镁合金表面等离子体电解氧化膜层的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，等离子体电解氧化处理的具体操作为：将表面预处理后的镁合金试样与铝丝的一端连接后，浸入等离子体电解氧化电解液中，铝丝另一端与等离子体电解氧化脉冲电源的正极相连。
4.如权利要求3所述的镁合金表面等离子体电解氧化膜层的制备方法，其特征在于，所述等离子体电解氧化电解液为硅酸盐体系、磷酸盐体系、铝酸盐体系中的一种。
5.如权利要求4所述的镁合金表面等离子体电解氧化膜层的制备方法，其特征在于，所述硅酸盐体系包括5-25g/L硅酸钠、2-5g/L氢氧化钠；所述磷酸盐体系包括5-25g/L磷酸钠、2-5g/L氢氧化钠；所述铝酸盐体系包括5-25g/L铝酸钠、2-5g/L氢氧化钠。
6.如权利要求1所述的镁合金表面等离子体电解氧化膜层的制备方法，其特征在于，阶段1中电源电压的加载速度为100-200V/min。
7.如权利要求1所述的镁合金表面等离子体电解氧化膜层的制备方法，其特征在于，等离子体电解氧化处理中，采用单极性脉冲模式，脉冲频率300-800Hz，处理时间5-90min。
8.权利要求1-7任一项所述的制备方法制备得到的镁合金表面等离子体电解氧化膜层。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410938962.5A CN118461100B (zh) | 2024-07-15 | 2024-07-15 | 一种镁合金表面等离子体电解氧化膜层及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410938962.5A CN118461100B (zh) | 2024-07-15 | 2024-07-15 | 一种镁合金表面等离子体电解氧化膜层及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN118461100A true CN118461100A (zh) | 2024-08-09 |
| CN118461100B CN118461100B (zh) | 2024-09-06 |
Family
ID=92152600
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410938962.5A Active CN118461100B (zh) | 2024-07-15 | 2024-07-15 | 一种镁合金表面等离子体电解氧化膜层及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN118461100B (zh) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102409380A (zh) * | 2011-11-09 | 2012-04-11 | 南昌航空大学 | 一种提高铝合金微弧氧化膜层耐蚀性的方法 |
| JP2014162935A (ja) * | 2013-02-22 | 2014-09-08 | Kurimoto Ltd | プラズマ電解酸化による皮膜形成方法 |
| CN104894628A (zh) * | 2015-06-25 | 2015-09-09 | 江苏科技大学 | 阶段升压制备镁合金微弧氧化陶瓷层的方法 |
| CN105483798A (zh) * | 2015-11-18 | 2016-04-13 | 江苏科技大学 | 一种阶段降流制备镁合金微弧氧化陶瓷层的方法 |
| WO2022165961A1 (zh) * | 2021-02-02 | 2022-08-11 | 山东省科学院新材料研究所 | 一种镁合金超高孔隙率微弧氧化涂层及其制备方法与应用 |
| KR20220125395A (ko) * | 2021-03-05 | 2022-09-14 | 강병모 | 플라즈마 전해산화 방법 및 그 방법을 위한 전해액 조성물 |
| CN115627512A (zh) * | 2022-11-18 | 2023-01-20 | 东莞宜安科技股份有限公司 | 一种生物医用镁合金复合涂层及其制备方法 |
| CN115679417A (zh) * | 2022-10-31 | 2023-02-03 | 潍坊科技学院 | 一种基于分段频率的镁合金表面微弧氧化膜层的制备方法 |
-
2024
- 2024-07-15 CN CN202410938962.5A patent/CN118461100B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102409380A (zh) * | 2011-11-09 | 2012-04-11 | 南昌航空大学 | 一种提高铝合金微弧氧化膜层耐蚀性的方法 |
| JP2014162935A (ja) * | 2013-02-22 | 2014-09-08 | Kurimoto Ltd | プラズマ電解酸化による皮膜形成方法 |
| CN104894628A (zh) * | 2015-06-25 | 2015-09-09 | 江苏科技大学 | 阶段升压制备镁合金微弧氧化陶瓷层的方法 |
| CN105483798A (zh) * | 2015-11-18 | 2016-04-13 | 江苏科技大学 | 一种阶段降流制备镁合金微弧氧化陶瓷层的方法 |
| WO2022165961A1 (zh) * | 2021-02-02 | 2022-08-11 | 山东省科学院新材料研究所 | 一种镁合金超高孔隙率微弧氧化涂层及其制备方法与应用 |
| KR20220125395A (ko) * | 2021-03-05 | 2022-09-14 | 강병모 | 플라즈마 전해산화 방법 및 그 방법을 위한 전해액 조성물 |
| CN115679417A (zh) * | 2022-10-31 | 2023-02-03 | 潍坊科技学院 | 一种基于分段频率的镁合金表面微弧氧化膜层的制备方法 |
| CN115627512A (zh) * | 2022-11-18 | 2023-01-20 | 东莞宜安科技股份有限公司 | 一种生物医用镁合金复合涂层及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN118461100B (zh) | 2024-09-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Matykina et al. | Recent advances in energy efficient PEO processing of aluminium alloys | |
| Likhanov et al. | The study of oxide films on the surface of a piston of aluminum alloy after micro-arc oxidation | |
| CN100482867C (zh) | 在金属表面获得陶瓷涂层的氧化电解方法 | |
| CN103233258B (zh) | 一种基于微弧氧化和激光重熔的致密性增强型陶瓷膜层的制备方法 | |
| Dehnavi et al. | Corrosion properties of plasma electrolytic oxidation coatings on an aluminium alloy–The effect of the PEO process stage | |
| EP2673402B1 (en) | Non-metallic coating and method of its production | |
| Wang et al. | Effects of single pulse energy on the properties of ceramic coating prepared by micro-arc oxidation on Ti alloy | |
| CN106757260B (zh) | 一种用于制备铝合金表面微弧氧化膜的复合纳米电解液其应用 | |
| CN109680318B (zh) | 基于磷酸盐的镁合金表面耐腐蚀自修复涂层的制备方法 | |
| CN102230204A (zh) | 一种超声波和微弧氧化组合制备铝氧化膜的方法 | |
| CN103334143B (zh) | 一种锆合金表面快速制备耐磨氧化锆和氧化铝混合涂层的微弧氧化方法 | |
| CN109267136A (zh) | 基于原位生长的钛螺栓表面陶瓷化的方法 | |
| CN115679417A (zh) | 一种基于分段频率的镁合金表面微弧氧化膜层的制备方法 | |
| Wang et al. | Study on energy consumption of Al2O3 coating prepared by cathode plasma electrolytic deposition | |
| CN101092730A (zh) | 一种低能耗微弧氧化方法和装置 | |
| CN111549366A (zh) | 铝基复合材料表面原位生长绿色耐腐蚀陶瓷膜的制备方法 | |
| CN118461100B (zh) | 一种镁合金表面等离子体电解氧化膜层及其制备方法 | |
| CN110777413B (zh) | 一种等离子体阴极电解沉积陶瓷涂层表面激光重熔的方法 | |
| Chen et al. | Local arc discharge mechanism and requirements of power supply in micro-arc oxidation of magnesium alloy | |
| CN102851720B (zh) | 一种铝酸盐电解液及其在制备镁合金微弧氧化膜中的应用 | |
| CN109023469A (zh) | 一种利用线性/环形微等离子放电自平衡技术制备纳米化涂层的方法 | |
| CN102644075A (zh) | 一种tc4钛合金表面质量优良的电火花表面强化制备工艺 | |
| CN103046102A (zh) | 二步法制备具有宏观多孔微弧氧化涂层的方法 | |
| CN107345309B (zh) | 一种高硅铝合金等离子体电解氧化陶瓷涂层制备方法 | |
| Ying et al. | Effect of NaOH concentration on microstructure and corrosion resistance of MAO coating on cast Al− Li alloy |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |