專利名稱：一種鎂合金表面微弧氧化的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種合金表面微弧氧化的方法。
背景技術(shù)：
鎂是極活潑的金屬，標(biāo)準(zhǔn)電極電勢較負(fù)(-2.36V，vs.SHE)，當(dāng)在潮濕的氣氛中與其它電勢較正金屬相接觸時，極易產(chǎn)生接觸腐蝕，而且，由于鎂合金表面存在著由雜質(zhì)構(gòu)成的陰極相，因此在潮濕的環(huán)境中極易產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，形成點腐蝕。微弧氧化是一種在鋁、鎂、鈦等閥金屬及其合金表面原位生長陶瓷膜的新技術(shù)，但現(xiàn)有的鎂合金微弧氧化技術(shù)存在許多缺陷，如發(fā)明專利CN1369577A，其鎂合金表面微弧氧化陶瓷膜不均勻，耐蝕性和耐磨性差，而且，電解液的比熱容小，微弧氧化過程耗能較多。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有微弧氧化技術(shù)中微弧氧化陶瓷膜不均勻，耐蝕性和耐磨性差，電解液的比熱容小，微弧氧化過程中耗能多的問題，而提供的一種鎂合金表面微弧氧化的方法。本發(fā)明通過以下步驟實現(xiàn)(一)將鎂合金進(jìn)行預(yù)處理；(二)配制堿性電解液a.配制堿性硅酸鹽電解液1L去離子水中加入4-30g硅酸鹽，2-10g氟化鉀、氟化鈉、氟硅化鈉或氟硅化鉀，1-10g氫氧化鉀或氫氧化鈉，5-30mL乙二醇或丙三醇；b.配制堿性鋁酸鹽電解液1L去離子水中加入4-30g鋁酸鹽，2-10g氟化鉀、氟化鈉、氟硅化鈉或氟硅化鉀；(三)將預(yù)處理過的鎂合金放入堿性硅酸鹽電解液或堿性鋁酸鹽電解液中微弧氧化通入直流電，電壓不斷升高，恒電流，電流密度為1-15A/dm2，通電時間為5-90min，電解液溫度始終保持低于40℃。
用本發(fā)明微弧氧化的方法制作的陶瓷膜均勻，耐熱沖擊，熱膨脹系數(shù)小，與基體結(jié)合強度高，耐蝕性和耐磨性強，而且，工藝簡單，易于操作，對前處理沒有特殊的要求，電解液可重復(fù)多次利用，生產(chǎn)能耗低，生產(chǎn)成本低廉。
說明附1是有微弧氧化陶瓷膜的鎂合金與無微弧氧化陶瓷膜的鎂合金在室溫下一同放于3.5％的氯化鈉水溶液中測塔菲爾(Tafel)曲線的對比結(jié)果，圖中粗曲線為無微弧氧化陶瓷膜的鎂合金曲線，圖中細(xì)曲線為有微弧氧化陶瓷膜的鎂合金曲線。
具體實施例方式
具體實施方式
一本實施方式通過下述步驟進(jìn)行(一)將鎂合金進(jìn)行預(yù)處理；(二)配制堿性電解液a.配制堿性硅酸鹽電解液1L去離子水中加入4-30g硅酸鹽，2-10g氟化鉀、氟化鈉、氟硅化鈉或氟硅化鉀，1-10g氫氧化鉀或氫氧化鈉，5-30mL乙二醇或丙三醇；b.配制堿性鋁酸鹽電解液1L去離子水中加入4-30g鋁酸鹽，2-10g氟化鉀、氟化鈉、氟硅化鈉或氟硅化鉀；(三)將預(yù)處理過的鎂合金放入堿性硅酸鹽電解液或堿性鋁酸鹽電解液中微弧氧化通入直流電，電壓不斷升高，恒電流，電流密度為1-15A/dm2，通電時間為5-90min，電解液溫度始終保持低于40℃。
具體實施例方式
二本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟(一)中將鎂合金放入按酸與去離子水1∶2-1∶10的體積比組成的酸洗溶液中酸洗30s-3min。
具體實施例方式
三本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟(一)中將鎂合金先后放入硫酸酸洗液(濃度為98％的硫酸與去離子水體積比為1∶3)和堿性除油液中進(jìn)行預(yù)處理，其中酸洗浸泡時間為30s-3min。
具體實施例方式
四本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟(一)中將鎂合金先后放入硝酸酸洗液(濃度為98％的硝酸與去離子水體積比為1∶9)和酒精除油液中進(jìn)行預(yù)處理，且用超聲波輔助除油，其中酸洗浸泡時間為30s-2.5min。
具體實施例方式
五本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟(一)中將鎂合金先后放入磷酸酸洗液(濃度為85％的磷酸與去離子水體積比為1∶6)和丙酮除油液中進(jìn)行預(yù)處理，且用超聲波輔助除油，其中酸洗浸泡時間為1min-3min。
具體實施例方式
六本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟(二)中將預(yù)處理過的鎂合金放入pH值為10-13的堿性硅酸鹽電解液中，其中的硅酸鹽是正硅酸鹽、偏硅酸鹽中的一種鉀鹽或鈉鹽。
具體實施例方式
七本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟(二)中將預(yù)處理過的鎂合金放入pH值為10-13的堿性鋁酸鹽電解液中，其中的鋁酸鹽是鋁酸鹽或偏鋁酸鹽中的一種鉀鹽或鈉鹽。
具體實施例方式
八本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟(三)微弧氧化通入直流電，電壓不斷升高，恒電流，電流密度為3-11A/dm2，通電時間為10-30min，電解液溫度始終保持低于40℃。
具體實施例方式
九本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟(二)配制堿性硅酸鹽電解液1L去離子水中加入10-25g硅酸鈉，3-8g氟化硅鉀，2-8g氫氧化鈉，10-25mL丙三醇。
具體實施例方式
十本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟(二)配制堿性硅酸鹽電解液1L去離子水中加入23g偏硅酸鉀，7g氟化硅鈉，4g氫氧化鉀，8mL乙二醇。
具體實施例方式
十一本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟(二)配制堿性硅酸鹽電解液1L去離子水中加入15g硅酸鉀，5g氟化鉀，6g氫氧化鉀，26mL乙二醇。
具體實施例方式
十二本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟(二)配制堿性鋁酸鹽電解液1L去離子水中加入10-25g偏鋁酸鉀，3-8g氟化硅鈉。
具體實施例方式
十三本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟(二)配制堿性鋁酸鹽電解液1L去離子水中加入27g偏鋁酸鈉，9g氟化鈉。
具體實施例方式
十四本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟(二)配制堿性鋁酸鹽電解液1L去離子水中加入7g鋁酸鉀，2g氟化硅鉀。
具體實施例方式
十五本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟(二)配制堿性鋁酸鹽電解液1L去離子水中加入18g鋁酸鈉，6g氟化硅鉀。
具體實施例方式
十六本實施方式通過下述步驟進(jìn)行(一)將鎂合金AZ31B先后放入硫酸酸洗液(濃度為98％的硫酸與去離子水體積比為1∶4)和丙酮除油液進(jìn)行預(yù)處理；(二)配制堿性硅酸鹽電解液1L去離子水中加入6g硅酸鈉，4g氟化鈉，2g氫氧化鈉，10mL丙三醇；(三)將預(yù)處理過的鎂合金放入堿性硅酸鹽電解液中微弧氧化通入直流電，電壓不斷升高，恒電流，電流密度為3A/dm2，通電時間為15min，電解液溫度始終保持低于40℃。
經(jīng)本實施方式微弧氧化后的鎂合金進(jìn)行全浸腐蝕試驗，此試驗按照J(rèn)B/T6073-92標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，腐蝕介質(zhì)體積/試樣工作面積為20mL/cm2，周期為120h。鹽水浸泡120h后，微弧氧化試樣的平均腐蝕速度為0.618mg/(m2·h)，小于未經(jīng)微弧氧化的鎂合金的平均腐蝕速度239.7mg/(m2·h)。
具體實施例方式
十七本實施方式通過下述步驟進(jìn)行(一)將鎂合金AZ31B先后放入磷酸酸洗液(濃度為85％的磷酸與去離子水體積比為1∶8)和堿性除油液進(jìn)行預(yù)處理；(二)配制堿性硅酸鹽電解液1L去離子水中加入28g偏硅酸鈉，9g氟硅化鈉，8g氫氧化鉀，20mL乙二醇或丙三醇；(三)將預(yù)處理過的鎂合金放入堿性硅酸鹽電解液中微弧氧化通入直流電，電壓不斷升高，恒電流，電流密度為14A/dm2，通電時間為25min，電解液溫度始終保持低于40℃。
本實施方式進(jìn)行SRV耐磨性測試，測試條件為載荷5N，頻率20Hz，沖程1.50mm，時間5min。無微弧氧化陶瓷膜的鎂合金磨損率為3.529×10-12m3/(N·min)，有微弧氧化陶瓷膜的鎂合金磨損率為5.346×10-13m3/(N·min)，耐磨性能大大提高。
本實施方式在堿性硅酸鹽電解液中加入乙二醇或丙三醇，作為穩(wěn)定劑乙二醇和丙三醇增加了堿性硅酸鹽電解液的粘度和比熱容，有利于微弧氧化過程中熱量的吸收，減少了冷去裝置所消耗的能量，使生產(chǎn)能耗大幅降低。
具體實施例方式
十八本實施方式通過下述步驟進(jìn)行(一)將鎂合金AZ91D先后放入硝酸酸洗液(濃度為98％的硝酸與去離子水體積比為1∶5)和酒精除油液進(jìn)行預(yù)處理；(二)配制堿性鋁酸鹽電解液1L去離子水中加入10g鋁酸鈉，5g氟化鉀；(三)將預(yù)處理過的鎂合金放入堿性鋁酸鹽電解液中微弧氧化通入直流電，電壓不斷升高，恒電流，電流密度為1A/dm2，通電時間為20min，電解液溫度始終保持低于40℃。
將本實施方式中微弧氧化的鎂合金與未經(jīng)微弧氧化的鎂合金在室溫下一同放于3.5％的氯化鈉水溶液中測塔菲爾(Tafel)曲線。測試中以鎂合金試樣為研究電極，飽和甘汞電極為參比電極，鉑片為輔助電極，面積為1cm2，初始電勢為-1.8V，終止電勢為-1.0V，掃描速度為1mV/s。塔菲爾(Tafel)曲線檢測結(jié)果如

圖1所示，曲線擬合結(jié)果無微弧氧化陶瓷膜的鎂合金腐蝕電流為43.52μA/cm2，有微弧氧化陶瓷膜的鎂合金腐蝕電流為0.351μA/cm2。兩者腐蝕電流相差120倍以上，證明經(jīng)過微弧氧化的鎂合金的耐腐蝕性能明顯提高。
權(quán)利要求
1.一種鎂合金表面微弧氧化的方法，其特征是它通過以下步驟實現(xiàn)(一)將鎂合金進(jìn)行預(yù)處理；(二)配制堿性電解液a.配制堿性硅酸鹽電解液1L去離子水中加入4-30g硅酸鹽，2-10g氟化鉀、氟化鈉、氟硅化鈉或氟硅化鉀，1-10g氫氧化鉀或氫氧化鈉，5-30mL乙二醇或丙三醇；b.配制堿性鋁酸鹽電解液1L去離子水中加入4-30g鋁酸鹽，2-10g氟化鉀、氟化鈉、氟硅化鈉或氟硅化鉀；(三)將預(yù)處理過的鎂合金放入堿性硅酸鹽電解液或堿性鋁酸鹽電解液中微弧氧化通入直流電，電壓不斷升高，恒電流，電流密度為1-15A/dm2，通電時間為5-90min，電解液溫度始終保持低于40℃。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金表面微弧氧化的方法，其特征在于硅酸鹽是正硅酸鹽、偏硅酸鹽中的一種鉀鹽或鈉鹽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金表面微弧氧化的方法，其特征在于鋁酸鹽是鋁酸鹽或偏鋁酸鹽中的一種鉀鹽或鈉鹽。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金表面微弧氧化的方法，其特征在于步驟(二)中配制的堿性硅酸鹽電解液和堿性鋁酸鹽電解液的pH值為10-13。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金表面微弧氧化的方法，其特征在于步驟(一)預(yù)處理過程包括酸洗和除油。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鎂合金表面微弧氧化的方法，其特征在于步驟(一)中的酸洗溶液按酸與去離子水1∶2-1∶10的體積比組成，將鎂合金浸泡其中酸洗30s-3min。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鎂合金表面微弧氧化的方法，其特征是步驟(一)中酸洗溶液的配制使用濃度為98％的硫酸、98％的硝酸或85％的磷酸。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鎂合金表面微弧氧化的方法，其特征在于步驟(一)中除油采用堿性除油、酒精或丙酮有機除油，且可用超聲波輔助除油。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金表面微弧氧化的方法，其特征在于步驟(三)微弧氧化通入直流電，電壓不斷升高，恒電流，電流密度為3-11A/dm2，通電時間為10-30min，電解液溫度始終保持低于40℃。
全文摘要
一種鎂合金表面微弧氧化的方法，它涉及一種合金表面微弧氧化的方法。它解決了現(xiàn)有微弧氧化技術(shù)中陶瓷膜不均勻，耐蝕性和耐磨性差，微弧氧化過程中耗能多的問題。它通過以下步驟實現(xiàn)(一)預(yù)處理；(二)配制堿性硅酸鹽電解液或堿性鋁酸鹽電解液；(三)將預(yù)處理過的鎂合金放入堿性硅酸鹽電解液或堿性鋁酸鹽電解液中微弧氧化；通入直流電，電壓不斷升高，恒電流，電流密度1－15A/dm
文檔編號C25D11/30GK1772968SQ200510010500
公開日2006年5月17日 申請日期2005年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月2日
發(fā)明者安茂忠, 郭洪飛 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)