CN1772968A - 一种镁合金表面微弧氧化的方法 - Google Patents
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Abstract
一种镁合金表面微弧氧化的方法，它涉及一种合金表面微弧氧化的方法。它解决了现有微弧氧化技术中陶瓷膜不均匀，耐蚀性和耐磨性差，微弧氧化过程中耗能多的问题。它通过以下步骤实现：(一)预处理；(二)配制碱性硅酸盐电解液或碱性铝酸盐电解液；(三)将预处理过的镁合金放入碱性硅酸盐电解液或碱性铝酸盐电解液中微弧氧化；通入直流电，电压不断升高，恒电流，电流密度1－15A/dm2，通电时间5－90min，电解液温度始终＜40℃。本发明微弧氧化的陶瓷膜均匀，耐热冲击，热膨胀系数小，与基体结合强度高，耐蚀性和耐磨性强，而且，工艺简单，易于操作，对前处理没有特殊的要求，电解液可重复多次利用，生产能耗低，生产成本低廉。
Description
技术领域
本发明涉及一种合金表面微弧氧化的方法。
背景技术
镁是极活泼的金属，标准电极电势较负(-2.36V，vs.SHE)，当在潮湿的气氛中与其它电势较正金属相接触时，极易产生接触腐蚀，而且，由于镁合金表面存在着由杂质构成的阴极相，因此在潮湿的环境中极易产生电化学反应，形成点腐蚀。微弧氧化是一种在铝、镁、钛等阀金属及其合金表面原位生长陶瓷膜的新技术，但现有的镁合金微弧氧化技术存在许多缺陷，如：发明专利CN1369577A，其镁合金表面微弧氧化陶瓷膜不均匀，耐蚀性和耐磨性差，而且，电解液的比热容小，微弧氧化过程耗能较多。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有微弧氧化技术中微弧氧化陶瓷膜不均匀，耐蚀性和耐磨性差，电解液的比热容小，微弧氧化过程中耗能多的问题，而提供的一种镁合金表面微弧氧化的方法。本发明通过以下步骤实现：(一)将镁合金进行预处理；(二)配制碱性电解液：a.配制碱性硅酸盐电解液：1L去离子水中加入4-30g硅酸盐，2-10g氟化钾、氟化钠、氟硅化钠或氟硅化钾，1-10g氢氧化钾或氢氧化钠，5-30mL乙二醇或丙三醇；b.配制碱性铝酸盐电解液：1L去离子水中加入4-30g铝酸盐，2-10g氟化钾、氟化钠、氟硅化钠或氟硅化钾；(三)将预处理过的镁合金放入碱性硅酸盐电解液或碱性铝酸盐电解液中微弧氧化：通入直流电，电压不断升高，恒电流，电流密度为1-15A/dm2，通电时间为5-90min，电解液温度始终保持低于40℃。
用本发明微弧氧化的方法制作的陶瓷膜均匀，耐热冲击，热膨胀系数小，与基体结合强度高，耐蚀性和耐磨性强，而且，工艺简单，易于操作，对前处理没有特殊的要求，电解液可重复多次利用，生产能耗低，生产成本低廉。
说明附图
图1是有微弧氧化陶瓷膜的镁合金与无微弧氧化陶瓷膜的镁合金在室温下一同放于3.5％的氯化钠水溶液中测塔菲尔(Tafel)曲线的对比结果，图中粗曲线为无微弧氧化陶瓷膜的镁合金曲线，图中细曲线为有微弧氧化陶瓷膜的镁合金曲线。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式通过下述步骤进行：(一)将镁合金进行预处理；(二)配制碱性电解液：a.配制碱性硅酸盐电解液：1L去离子水中加入4-30g硅酸盐，2-10g氟化钾、氟化钠、氟硅化钠或氟硅化钾，1-10g氢氧化钾或氢氧化钠，5-30mL乙二醇或丙三醇；b.配制碱性铝酸盐电解液：1L去离子水中加入4-30g铝酸盐，2-10g氟化钾、氟化钠、氟硅化钠或氟硅化钾；(三)将预处理过的镁合金放入碱性硅酸盐电解液或碱性铝酸盐电解液中微弧氧化：通入直流电，电压不断升高，恒电流，电流密度为1-15A/dm2，通电时间为5-90min，电解液温度始终保持低于40℃。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤(一)中将镁合金放入按酸与去离子水1∶2-1∶10的体积比组成的酸洗溶液中酸洗30s-3min。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤(一)中将镁合金先后放入硫酸酸洗液(浓度为98％的硫酸与去离子水体积比为1∶3)和碱性除油液中进行预处理，其中酸洗浸泡时间为30s-3min。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤(一)中将镁合金先后放入硝酸酸洗液(浓度为98％的硝酸与去离子水体积比为1∶9)和酒精除油液中进行预处理，且用超声波辅助除油，其中酸洗浸泡时间为30s-2.5min。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤(一)中将镁合金先后放入磷酸酸洗液(浓度为85％的磷酸与去离子水体积比为1∶6)和丙酮除油液中进行预处理，且用超声波辅助除油，其中酸洗浸泡时间为1min-3min。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤(二)中将预处理过的镁合金放入pH值为10-13的碱性硅酸盐电解液中，其中的硅酸盐是正硅酸盐、偏硅酸盐中的一种钾盐或钠盐。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤(二)中将预处理过的镁合金放入pH值为10-13的碱性铝酸盐电解液中，其中的铝酸盐是铝酸盐或偏铝酸盐中的一种钾盐或钠盐。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤(三)微弧氧化：通入直流电，电压不断升高，恒电流，电流密度为3-11A/dm2，通电时间为10-30min，电解液温度始终保持低于40℃。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤(二)配制碱性硅酸盐电解液：1L去离子水中加入10-25g硅酸钠，3-8g氟化硅钾，2-8g氢氧化钠，10-25mL丙三醇。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤(二)配制碱性硅酸盐电解液：1L去离子水中加入23g偏硅酸钾，7g氟化硅钠，4g氢氧化钾，8mL乙二醇。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤(二)配制碱性硅酸盐电解液：1L去离子水中加入15g硅酸钾，5g氟化钾，6g氢氧化钾，26mL乙二醇。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤(二)配制碱性铝酸盐电解液：1L去离子水中加入10-25g偏铝酸钾，3-8g氟化硅钠。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤(二)配制碱性铝酸盐电解液：1L去离子水中加入27g偏铝酸钠，9g氟化钠。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤(二)配制碱性铝酸盐电解液：1L去离子水中加入7g铝酸钾，2g氟化硅钾。
具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤(二)配制碱性铝酸盐电解液：1L去离子水中加入18g铝酸钠，6g氟化硅钾。
具体实施方式十六：本实施方式通过下述步骤进行：(一)将镁合金AZ31B先后放入硫酸酸洗液(浓度为98％的硫酸与去离子水体积比为1∶4)和丙酮除油液进行预处理；(二)配制碱性硅酸盐电解液：1L去离子水中加入6g硅酸钠，4g氟化钠，2g氢氧化钠，10mL丙三醇；(三)将预处理过的镁合金放入碱性硅酸盐电解液中微弧氧化：通入直流电，电压不断升高，恒电流，电流密度为3A/dm2，通电时间为15min，电解液温度始终保持低于40℃。
经本实施方式微弧氧化后的镁合金进行全浸腐蚀试验，此试验按照JB/T6073-92标准进行，腐蚀介质体积/试样工作面积为20mL/cm2，周期为120h。盐水浸泡120h后，微弧氧化试样的平均腐蚀速度为0.618mg/(m2·h)，小于未经微弧氧化的镁合金的平均腐蚀速度239.7mg/(m2·h)。
具体实施方式十七：本实施方式通过下述步骤进行：(一)将镁合金AZ31B先后放入磷酸酸洗液(浓度为85％的磷酸与去离子水体积比为1∶8)和碱性除油液进行预处理；(二)配制碱性硅酸盐电解液：1L去离子水中加入28g偏硅酸钠，9g氟硅化钠，8g氢氧化钾，20mL乙二醇或丙三醇；(三)将预处理过的镁合金放入碱性硅酸盐电解液中微弧氧化：通入直流电，电压不断升高，恒电流，电流密度为14A/dm2，通电时间为25min，电解液温度始终保持低于40℃。
本实施方式进行SRV耐磨性测试，测试条件为：载荷5N，频率20Hz，冲程1.50mm，时间5min。无微弧氧化陶瓷膜的镁合金磨损率为3.529×10-12m3/(N·min)，有微弧氧化陶瓷膜的镁合金磨损率为5.346×10-13m3/(N·min)，耐磨性能大大提高。
本实施方式在碱性硅酸盐电解液中加入乙二醇或丙三醇，作为稳定剂乙二醇和丙三醇增加了碱性硅酸盐电解液的粘度和比热容，有利于微弧氧化过程中热量的吸收，减少了冷去装置所消耗的能量，使生产能耗大幅降低。
具体实施方式十八：本实施方式通过下述步骤进行：(一)将镁合金AZ91D先后放入硝酸酸洗液(浓度为98％的硝酸与去离子水体积比为1∶5)和酒精除油液进行预处理；(二)配制碱性铝酸盐电解液：1L去离子水中加入10g铝酸钠，5g氟化钾；(三)将预处理过的镁合金放入碱性铝酸盐电解液中微弧氧化：通入直流电，电压不断升高，恒电流，电流密度为1A/dm2，通电时间为20min，电解液温度始终保持低于40℃。
将本实施方式中微弧氧化的镁合金与未经微弧氧化的镁合金在室温下一同放于3.5％的氯化钠水溶液中测塔菲尔(Tafel)曲线。测试中以镁合金试样为研究电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂片为辅助电极，面积为1cm2，初始电势为-1.8V，终止电势为-1.0V，扫描速度为1mV/s。塔菲尔(Tafel)曲线检测结果如图1所示，曲线拟合结果：无微弧氧化陶瓷膜的镁合金腐蚀电流为43.52μA/cm2，有微弧氧化陶瓷膜的镁合金腐蚀电流为0.351μA/cm2。两者腐蚀电流相差120倍以上，证明经过微弧氧化的镁合金的耐腐蚀性能明显提高。
Claims (9)
1、一种镁合金表面微弧氧化的方法，其特征是它通过以下步骤实现：(一)将镁合金进行预处理；(二)配制碱性电解液：a.配制碱性硅酸盐电解液：1L去离子水中加入4-30g硅酸盐，2-10g氟化钾、氟化钠、氟硅化钠或氟硅化钾，1-10g氢氧化钾或氢氧化钠，5-30mL乙二醇或丙三醇；b.配制碱性铝酸盐电解液：1L去离子水中加入4-30g铝酸盐，2-10g氟化钾、氟化钠、氟硅化钠或氟硅化钾；(三)将预处理过的镁合金放入碱性硅酸盐电解液或碱性铝酸盐电解液中微弧氧化：通入直流电，电压不断升高，恒电流，电流密度为1-15A/dm2，通电时间为5-90min，电解液温度始终保持低于40℃。
2、根据权利要求1所述的镁合金表面微弧氧化的方法，其特征在于硅酸盐是正硅酸盐、偏硅酸盐中的一种钾盐或钠盐。
3、根据权利要求1所述的镁合金表面微弧氧化的方法，其特征在于铝酸盐是铝酸盐或偏铝酸盐中的一种钾盐或钠盐。
4、根据权利要求1所述的镁合金表面微弧氧化的方法，其特征在于步骤(二)中配制的碱性硅酸盐电解液和碱性铝酸盐电解液的pH值为10-13。
5、根据权利要求1所述的镁合金表面微弧氧化的方法，其特征在于步骤(一)预处理过程包括酸洗和除油。
6、根据权利要求5所述的镁合金表面微弧氧化的方法，其特征在于步骤(一)中的酸洗溶液按酸与去离子水1∶2-1∶10的体积比组成，将镁合金浸泡其中酸洗30s-3min。
7、根据权利要求6所述的镁合金表面微弧氧化的方法，其特征是步骤(一)中酸洗溶液的配制使用浓度为98％的硫酸、98％的硝酸或85％的磷酸。
8、根据权利要求5所述的镁合金表面微弧氧化的方法，其特征在于步骤(一)中除油采用碱性除油、酒精或丙酮有机除油，且可用超声波辅助除油。
9、根据权利要求1所述的镁合金表面微弧氧化的方法，其特征在于步骤(三)微弧氧化：通入直流电，电压不断升高，恒电流，电流密度为3-11A/dm2，通电时间为10-30min，电解液温度始终保持低于40℃。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |