專利名稱：一種鋁酸鹽電解液及其在制備鎂合金微弧氧化膜中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋁酸鹽電解液及其在制備鎂合金微弧氧化膜中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
鎂合金是目前最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料之一，被譽為21世紀的“綠色工程材料”。電子工業(yè)中對鎂合金的需求緣于鎂合金具有質(zhì)量輕、剛度大和薄壁鑄造性能良好等優(yōu)點。缺點是，基體硬度低，易被腐蝕，抗磨損能力差。目前主要的防腐蝕方法是在其表面形成氧化膜或涂層，主要方法有化學轉(zhuǎn)化處理，陽極氧化，金屬涂層，激光處理和其他表面處理技術(shù)，但各自有所缺陷，比如化學轉(zhuǎn)化膜較薄、軟，防護能力弱，一般只用作裝飾或防護層中間層；陽極氧化膜的脆性較大、多孔，在復雜工件上難以得到均勻的氧化膜層；金屬涂層缺點是前處理中的Cr、F及鍍液對環(huán)境污染嚴重，鍍層中多數(shù)含有重金屬元素，增加了回收的難度與成本而且由于鎂基體的特性，對結(jié)合力還需要改善；鎂合金在激光處理時易發(fā)生氧化、蒸發(fā) 和產(chǎn)生汽化、氣孔以及熱應(yīng)力等問題，而且激光處理技術(shù)成本較高。微弧氧化(Microarc Oxidation)又稱微等離子體氧化或陽極火花沉積。它是在Mg.Al.Ti等有色金屬表面原位生長陶瓷膜的一種新技術(shù)。微弧氧化(MAO)突破傳統(tǒng)陽極氧化技術(shù)的限制，電壓由工作區(qū)域引入到高壓放電區(qū)。電壓由幾十伏迅速提高到幾百伏，氧化電流由小電流發(fā)展到大電流，使工件表面產(chǎn)生火花放電、輝光甚至火花斑。采用該技術(shù)能在合金表面生長一層致密的氧化物陶瓷膜。該膜與基體結(jié)合力強、厚度可控制，并且處理工件尺寸變化小，極大改善了合金的耐磨損、耐腐蝕、抗熱沖擊及絕緣性能，在航空、航天、機械、電子以及生物材料等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。但是，目前的鎂合金微弧氧化技術(shù)還不夠成熟，問題主要為氧化膜表面不均勻，耐蝕性差，采用的電解液劇毒等缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個目的是提供一種鋁酸鹽電解液，所述電解液不含對環(huán)境和人體有害的Cr6+離子和P元素，成分簡單，工藝穩(wěn)定，由其形成的鎂合金微弧氧化膜致密、美觀、抗腐蝕性能較好。本發(fā)明的第二個目的是提供所述的鋁酸鹽電解液在制備鎂合金微弧氧化膜中的應(yīng)用，所制得的鎂合金微弧氧化膜致密、美觀、抗腐蝕性能較好。下面對本發(fā)明的技術(shù)方案做具體說明。本發(fā)明提供了一種鋁酸鹽電解液，所述的鋁酸鹽電解液由NaA102、Na0H、KF和去離子水配制而成，其中各組分含量為=NaAlO2 12 20g/L，NaOH 4 10g/L，KF5 15g/L，并且所述的鋁酸鹽電解液的pH值在1(Γ12之間。優(yōu)選的，所述的鋁酸鹽電解液中各組分含量為NaA10212g/L，NaOH 4g/L，KF15g/L0本發(fā)明還提供了所述的鋁酸鹽電解液在制備鎂合金微弧氧化膜中的應(yīng)用，所述應(yīng)用包括如下步驟
(I)鎂合金經(jīng)過預(yù)處理得到預(yù)處理過的鎂合金；(2)將所述的鋁酸鹽電解液置于不銹鋼電解槽中，以預(yù)處理過的鎂合金作為陽極，以不銹鋼電解槽作為陰極，啟動電源對預(yù)處理過的鎂合金進行微弧氧化處理，微弧氧化的工藝參數(shù)為電流密度4(Tl40mA/cm2，占空比10 40%，頻率為40(Tl000Hz，通電時間10 40min ；(3)將經(jīng)過微弧氧化處理的鎂合金清洗、干燥，即在所得鎂合金表面獲得微弧氧化膜。本發(fā)明所述鎂合金采用鑄造鎂合金，優(yōu)選采用AZ91D鎂合金。所述步驟(I)中，所述的預(yù)處理包括常規(guī)的切割、打磨、除油、干燥等步驟。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際需要將鎂合金切割成一定尺寸的小塊(如尺寸為32*32*10mm的小塊)。所述的打磨可使用800 #,1000 #,1200 #水砂紙逐級打磨至表面平整光滑，然后 用酒精沖洗，涼風烘干。所述的除油為對打磨好的鎂合金進行堿洗處理，堿洗液的組分為NaOH 2(T40g/L，Na2C0315 25g/L，Na3P043(T50g/L，堿洗時間為I 12分鐘，然后用酒精沖洗，涼風烘干。所述的鎂合金在除油后放入干燥皿中備用。所述步驟(2 )中，采用單向正向脈沖電流，恒流法模式進行微弧氧化處理。所述步驟(3)中，經(jīng)過微弧氧化處理的鎂合金用去離子水清洗、烘干后，即在所述鎂合金表面制得微弧氧化膜。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在(I)本發(fā)明所采用的電解液不含對環(huán)境和人體有害的Cr6+離子和P元素，成分簡單，工藝穩(wěn)定；(2)原料廉價、普通，利于工業(yè)化生產(chǎn)；(3)形成的鎂合金氧化膜致密，，SEM掃描電鏡正面和側(cè)面如圖所示；抗腐蝕性能較好，表現(xiàn)為Tafel極化曲線的腐蝕電流較低，極化電阻較高。


圖I是實施例I產(chǎn)品的正面SEM掃描圖片。圖2是實施例3產(chǎn)品的截面SEM掃描圖片。
具體實施例方式下面結(jié)合具體方式對本發(fā)明進行進一步描述實施例I :樣品為AZ91D鎂合金，大小為32*32*10mm，具體操作步驟為I.機械預(yù)處理用800#, 1000#, 1200#的水砂紙進行打磨至表面平整光滑后用酒
精沖洗備用。2.除油堿液成分為 NaOH 40g/L, Na2C0325g/L, Na3P0450g/L，處理時間 Imin 后用酒精沖洗，涼風烘干lOmin。3.配置電解液NaA10212g/L，NaOH4g/L, KF15g/L，用去離子水配成4L溶液。微弧氧化將預(yù)處理過的鎂合金作為電解槽陽極，不銹鋼容器作為電解槽陰極，采用單向正脈沖電流對鎂合金進行微弧氧化處理，工藝參數(shù)為電流密度120mA/cm2，占空比20%,頻率666. 7Hz，處理時間25min。后處理去離子水沖洗后烘干備用。 測試將制得鎂合金用CHI660C電化學工作站測試性能，測得自腐蝕電位-I. 4204v,腐蝕電流 I. 644X 10_7A/cm2，極化電阻 2. 120 X IO5 ohm · cm2 ；利用德國Minitest測厚儀測得厚度約為20 μ m。實施例2 按照實施例I的方法進行制 備，不同處在于步驟4中工藝參數(shù)為電流密度100mA/cm2,占空比 20%，頻率 666. 7Hz，通電時間 25min。將制得鎂合金用CHI660C電化學工作站測試性能，測得自腐蝕電位-I. 3400v,腐蝕電流I. 031X 10_6A/Cm2，極化電阻3. 126 X 104ohm .cm2 ;利用德國Minitest測厚儀測得厚度約為18 μ m。實施例3 按照實施例I的方法進行制備，不同處在于步驟4中工藝參數(shù)為電流密度120mA/cm2,占空比 30%，頻率 666. 7Hz，通電時間 25min。將制得鎂合金用CHI660C電化學工作站測試性能，測得自腐蝕電位_1. 4844v,腐蝕電流5. 646X l(T7A/cm2，極化電阻7. 773 X 104ohm *cm2 ;利用德國Minitest測厚儀測得厚度約為14 μ m。實施例4 按照實施例I的方法進行制備，不同處在于步驟4中工藝參數(shù)為電流密度120mA/cm2,占空比 20%，頻率 666. 7Hz，通電時間 35min。將制得鎂合金用CHI660C電化學工作站測試性能，測得自腐蝕電位-I. 531 lv，腐蝕電流I. 171X 10_6A/Cm2，極化電阻2. 851 X 104ohm .cm2 ;利用德國Minitest測厚儀測得厚度約為24 μ mo實施例5:按照實施例I的方法進行制備，不同處在于步驟4中工藝參數(shù)為電流密度80mA/cm2,占空比20%，頻率666. 7Hz，通電時間25min。將制得鎂合金用CHI660C電化學工作站測試性能，測得自腐蝕電位_1. 4740v,腐蝕電流4. 606X l(T7A/cm2，極化電阻8. 703 X 104ohm *cm2 ;利用德國Minitest測厚儀測得厚度約為16 μ m。實施例6 按照實施例I的方法進行制備，不同處在于步驟3中電解液配方為NaA10220g/L，Na0H10g/L, KF5g/L。將制得鎂合金用CHI660C電化學工作站測試性能，測得自腐蝕電位_1. 4630v,腐蝕電流2. 179X l(T6A/cm2，極化電阻8. 646 X 103ohm *cm2 ;利用德國Minitest測厚儀測得厚度約為25 μ m。
權(quán)利要求
1.一種鋁酸鹽電解液，其特征在于所述的鋁酸鹽電解液由NaA102、Na0H、KF和去離子水配制而成，其中各組分含量為NaA10212 20g/L，NaOH 4 10g/L，KF 5 15g/L，并且所述的鋁酸鹽電解液的PH值在1(Γ12之間。
2.如權(quán)利要求I所述的鋁酸鹽電解液，其特征在于所述的鋁酸鹽電解液中各組分含量為NaA10212g/L，NaOH4g/L, KF15g/L。
3.如權(quán)利要求I所述的鋁酸鹽電解液在制備鎂合金微弧氧化膜中的應(yīng)用，所述應(yīng)用包括如下步驟 (1)鎂合金經(jīng)過預(yù)處理得到預(yù)處理過的鎂合金； (2)將所述的鋁酸鹽電解液置于不銹鋼電解槽中，以預(yù)處理過的鎂合金作為陽極，以不銹鋼電解槽作為陰極，啟動電源對預(yù)處理過的鎂合金進行微弧氧化處理，微弧氧化的工藝參數(shù)為電流密度4(Tl40mA/cm2，占空比10 40%，頻率為40(Tl000Hz，通電時間l(T40min ； (3)將經(jīng)過微弧氧化處理的鎂合金清洗、干燥，即在所得鎂合金表面獲得微弧氧化膜。
4.如權(quán)利要求3所述的應(yīng)用，其特征在于所述鎂合金采用AZ91D鎂合金。
5.如權(quán)利要求3所述的應(yīng)用，其特征在于所述步驟(2)中，采用單向正向脈沖電流，恒流法模式進行微弧氧化處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋁酸鹽電解液及其在制備鎂合金微弧氧化膜中的應(yīng)用。所述的鋁酸鹽電解液由NaAlO2、NaOH、KF和去離子水配制而成，其中各組分含量為NaAlO212~20g/L，NaOH 4~10g/L，KF 5~15g/L，并且所述的鋁酸鹽電解液的pH值在10~12之間。所述電解液不含對環(huán)境和人體有害的Cr6+離子和p元素，成分簡單，工藝穩(wěn)定，可應(yīng)用于制備鎂合金微弧氧化膜，由其形成的鎂合金微弧氧化膜致密、美觀、抗腐蝕性能較好。
文檔編號C25D11/30GK102851720SQ20121032808
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月6日
發(fā)明者樓白楊, 鮑亮 申請人:浙江工業(yè)大學