一種用于鎂合金微弧氧化的電解液的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于鎂合金微弧氧化制備陶瓷層的電解液及相應(yīng)的工藝方法，該電解液包含去離子水、六偏磷酸鈉和添加劑，所述添加劑主要為氟化物、著色劑和堿金屬氫氧化物。其中六偏磷酸鈉含量為30-70g/L，氟化物含量為2-12g/L，著色劑含量為2-10g/L，電解液pH值為7-10。該電解液體系堿度較低，為弱堿性微弧氧化電解液，可以有效降低微弧-電泳生產(chǎn)線(xiàn)中水洗工序的工藝復(fù)雜性，縮短生產(chǎn)線(xiàn)流程，減少污水排放，降低生產(chǎn)成本；使用本發(fā)明提供的電解液進(jìn)行鎂合金微弧氧化，制備的陶瓷層具有美觀裝飾性能，可以解決鎂合金微弧氧化陶瓷層顏色單一的問(wèn)題。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種用于鎂合金微弧氧化的電解液
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于輕金屬表面處理領(lǐng)域，具體涉及一種用于鎂合金微弧氧化的電解液及其工藝方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鎂合金具有低密度、高比剛度及比強(qiáng)度、大的能量衰減系數(shù)及輔助散熱性能等特點(diǎn)，是制造業(yè)“輕量化”發(fā)展過(guò)程中優(yōu)先考慮的替用材料。但是，其電極電位較負(fù)、耐蝕性較差，必須施以合適的表面處理，否則難以滿(mǎn)足防腐抗擦傷的表面防護(hù)性能要求。
[0003]微弧氧化作為一種輕金屬表面處理技術(shù)，其原理是在外電路電參數(shù)與內(nèi)電路溶液特性的匹配調(diào)整下，于起陽(yáng)極作用的鋁、鎂等及其合金表面原位生成一層氧化物陶瓷層，從而起到保護(hù)基體免受環(huán)境腐蝕和意外擦傷的作用。
[0004]目前，鎂合金微弧氧化所使用的電解液多為硅酸鹽添加氟化物組成的強(qiáng)堿體系，pH高達(dá)12以上。使用此類(lèi)電解液進(jìn)行微弧氧化，最大問(wèn)題在于增加了微弧-電泳生產(chǎn)線(xiàn)中水洗工序的工藝復(fù)雜性，而且制備的微弧氧化膜層顏色單一，裝飾性效果較差，無(wú)法滿(mǎn)足社會(huì)群體對(duì)電子產(chǎn)品殼體材料的美觀性要求。在這種情況下，研發(fā)一種制備彩色鎂合金微弧氧化膜層的弱堿性電解液及其相應(yīng)的工藝方法，以期降低微弧-電泳生產(chǎn)線(xiàn)中水洗工序的工藝復(fù)雜性和提高美觀裝飾性能，具有廣闊的市場(chǎng)前景。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種鎂合金微弧氧化電解液及其相應(yīng)的工藝方法，該電解液體系堿度低，生成的膜層具有美觀裝飾性能。
[0006]本發(fā)明提供的電解液適用于所有鎂合金型號(hào)，該電解液體系以六偏磷酸鈉為主鹽，包含去離子水和添加劑，其中添加劑為氟化物、著色劑和堿金屬氫氧化物，電解液的pH值為7-10。
[0007]根據(jù)本發(fā)明提供的電解液，所述電解液中的氟化物為氟化鉀或氟化鈉中的一種。著色劑為釩酸鹽中的一種，所述釩酸鹽為偏釩酸銨、釩酸銨、焦釩酸鈉中任意一種。
[0008]根據(jù)本發(fā)明提供的電解液，所述電解液中各物質(zhì)的組分為:六偏磷酸鈉含量為30-70g/L，氟化物含量為2-12g/L，著色劑含量為2_10g/L，所述藥品均為化學(xué)純。
[0009]根據(jù)本發(fā)明提供的電解液，電解液的pH值為7-10，所述電解液的pH值可以通過(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方法來(lái)調(diào)節(jié)，例如通過(guò)加入堿金屬氫氧化物來(lái)調(diào)節(jié)，所述堿金屬氫氧化物可以采用氫氧化鈉或氫氧化鉀中的一種。
[0010]根據(jù)本發(fā)明提供的電解液，可以通過(guò)選擇不同組分的著色劑或改變著色劑組分在微弧氧化電解液體系中的添加量，以及改變工藝參數(shù)等參量，制備具有不同顏色或不同顏色深度的微弧氧化膜層。
[0011]根據(jù)本發(fā)明提供的電解液，可以通過(guò)添加本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其他著色劑制備不同顏色的鎂合金微弧氧化陶瓷層，例如通過(guò)加入草酸鈦鉀、重鉻酸鉀、鉻酸鉀和硫酸銅等，均可制備不同顏色的鎂合金微弧氧化陶瓷層。
[0012]本發(fā)明還提供了上述用于鎂合金微弧氧化電解液的制備方法，具體包括以下步驟:
[0013]將六偏磷酸鈉以30_70g/L的添加量緩慢加入到去離子水中，充分?jǐn)嚢柚镣耆芙?，然后添?-12g/L的氟化物，充分?jǐn)嚢杈鶆?，再?-10g/L的著色劑加入上述溶液中攪拌均勻，最后加入適量的堿金屬氫氧化物調(diào)節(jié)pH值至7-10即可,六偏磷酸鈉、氟化物、著色劑的添加量均以去離子水的量為基準(zhǔn)計(jì)。
[0014]本發(fā)明還提供了一種制備彩色鎂合金微弧氧化陶瓷層的方法，具體包括下述步驟:
[0015]步驟⑴:先準(zhǔn)備I個(gè)已具有8-10 μ m白色微弧氧化陶瓷層的鎂合金樣件；
[0016]步驟⑵:以鎂合金樣件作陽(yáng)極，不銹鋼板作陰極；
[0017]步驟(3):以本發(fā)明提供電解液作微弧氧化電解液；
[0018]步驟(4):連接冷卻裝置，控制電解液溫度在30_40°C ；
[0019]步驟(5):檢查好整個(gè)回路的線(xiàn)路連接，然后設(shè)定電參數(shù)，其中平均電流設(shè)定為
1.5-3A/dm2，電壓控制在 400-500V ；
[0020]步驟(6):開(kāi)啟微弧氧化電源進(jìn)行氧化處理5_15min ；
[0021]步驟(7):微弧氧化結(jié)束后，取出樣件用水沖洗干凈并吹干；
[0022] 根據(jù)本發(fā)明提供的電解液及相應(yīng)的工藝方法，最終可以獲得20-30 μ m厚的綠色鎂合金微弧氧化膜層。
[0023]本發(fā)明提供的電解液比現(xiàn)有鎂合金微弧氧化電解液的pH值低，但降低電解液pH值的同時(shí)電導(dǎo)率也在降低(20-30mS/cm)。常用鎂合金微弧氧化電解液的電導(dǎo)率一般在40-60mS/cm，低電導(dǎo)率不利于高阻抗層的形成，進(jìn)而很難達(dá)到擊穿電壓形成微弧氧化膜層。而本發(fā)明提供的工藝方法(二次成膜方法)，其優(yōu)點(diǎn)是首先生成的一層白色微弧氧化膜層可以充當(dāng)高阻抗層的作用，進(jìn)而提高電壓使其容易達(dá)到臨界擊穿電壓，產(chǎn)生微弧放電現(xiàn)象，生成20-30 μ m厚的微弧氧化膜層。
[0024]相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的電解液及相應(yīng)的工藝方法具有下列優(yōu)勢(shì):
[0025](I)電解液堿度較低(pH = 7-10)，為弱堿性微弧氧化電解液，可以有效降低微弧-電泳生產(chǎn)線(xiàn)中水洗工序的工藝復(fù)雜性，縮短生產(chǎn)線(xiàn)流程，減少污水排放，降低生產(chǎn)成本；
[0026](2)使用本發(fā)明提供的電解液進(jìn)行鎂合金微弧氧化，制備的陶瓷層具有美觀裝飾性能，可以解決鎂合金微弧氧化陶瓷層顏色單一的問(wèn)題。
【具體實(shí)施方式】
[0027]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明了，下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本發(fā)明的范圍。
[0028]實(shí)施例1
[0029]配制電解液:將30g/L的六偏磷酸鈉緩慢加入去離子水中攪拌至完全溶解，然后加入8g/L的氟化鉀，攪拌均勻，再將6g/L的偏釩酸銨添加至上述溶液，最后添加適量的氫氧化鉀調(diào)節(jié)pH值至8.5。
[0030]彩色鎂合金微弧氧化陶瓷層的制備步驟:
[0031](I)取規(guī)格為50mmX50mmX3mm的已具有厚度為8 μ m的白色微弧氧化膜層的AZ31B鎂合金試樣；
[0032](2)以AZ31B鎂合金試樣作陽(yáng)極，不銹鋼板作陰極；
[0033](3)以上述配制的電解液作微弧氧化電解液；
[0034](4)開(kāi)啟冷卻裝置，確保電解液的溫度保持在30_40°C ；
[0035](5)檢查好整個(gè)回路的線(xiàn)路連接，按2.5A/dm2設(shè)定平均電流，微弧氧化終止電壓控制在450V ；
[0036](6)開(kāi)啟微弧氧化電源進(jìn)行氧化處理1min ；
[0037](7)微弧氧化結(jié)束后，取出試樣用去離子水沖洗干凈，然后用吹風(fēng)機(jī)吹干。
[0038]對(duì)上述工藝制得的陶瓷膜的厚度、粗糙度進(jìn)行了檢測(cè)。
[0039]實(shí)驗(yàn)結(jié)果:最終獲得綠色鎂合金微弧氧化膜層，采用北京時(shí)代集團(tuán)公司生產(chǎn)的TT-230型數(shù)字式覆層渦流測(cè)厚儀測(cè)得膜層平均厚度為22 μ m,上海高致精密儀器有限公司制造的RA-200型粗糙度儀測(cè)得膜層表面粗糙度平均為1.92 μ m。
[0040]實(shí)施例2
[0041]配制電解液:將50g/L的六偏磷酸鈉加入去離子水中攪拌至完全溶解，然后加入12g/L的氟化鈉，攪拌均勻，再將2g/L的偏釩酸銨添加至上述溶液，最后添加適量的氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值至10。
[0042]彩色鎂合金微弧氧化陶瓷層的制備步驟:
[0043](I)取規(guī)格為50mmX50mmX3mm的已具有厚度為9 μ m的白色微弧氧化膜層的AZ31B鎂合金試樣；
[0044](2)以AZ31B鎂合金試樣作陽(yáng)極，不銹鋼板作陰極；
[0045](3)以上述配制的電解液作微弧氧化電解液；
[0046](4)開(kāi)啟冷卻裝置，確保電解液的溫度保持在30_40°C ；
[0047](5)檢查好整個(gè)回路的線(xiàn)路連接，按1.5A/dm2設(shè)定平均電流，微弧氧化終止電壓控制在400V ；
[0048](6)開(kāi)啟微弧氧化電源進(jìn)行氧化處理5min ；
[0049](7)微弧氧化結(jié)束后，取出試樣用去離子水沖洗干凈，然后用吹風(fēng)機(jī)吹干。
[0050]對(duì)上述工藝制得的陶瓷膜的厚度、粗糙度進(jìn)行了檢測(cè)分析。
[0051]實(shí)驗(yàn)結(jié)果:最終獲得草綠色鎂合金微弧氧化膜層，采用北京時(shí)代集團(tuán)公司生產(chǎn)的TT-230型數(shù)字式覆層渦流測(cè)厚儀測(cè)得膜層平均厚度為18.6 μ m,上海高致精密儀器有限公司制造的RA-200型粗糙度儀測(cè)得膜層表面粗糙度平均為1.67 μ m。
[0052]實(shí)施例3
[0053]配制電解液:將70g/L的六偏磷酸鈉加入去離子水中攪拌至完全溶解，然后加入2g/L的氟化鉀，攪拌均勻，再將10g/L的釩酸銨添加至上述溶液，最后添加適量的氫氧化鉀調(diào)節(jié)pH值至10。
[0054]彩色鎂合金微弧氧化陶瓷層的制備步驟:
[0055](I)取規(guī)格為50mmX50mmX3mm的已具有厚度為10 μ m的白色微弧氧化膜層的AZ31B鎂合金試樣；
[0056](2)以AZ31B鎂合金試樣作陽(yáng)極，不銹鋼板作陰極；
[0057](3)以上述配制的電解液作微弧氧化電解液；
[0058](4)開(kāi)啟冷卻裝置，確保電解液的溫度保持在30_40°C ；
[0059](5)檢查好整個(gè)回路的線(xiàn)路連接，按3A/dm2設(shè)定平均電流，微弧氧化終止電壓控制在 500V ；
[0060](6)開(kāi)啟微弧氧化電源進(jìn)行氧化處理15min ；
[0061](7)微弧氧化結(jié)束后，取出試樣用去離子水沖洗干凈，然后用吹風(fēng)機(jī)吹干。
[0062]對(duì)上述工藝制得的陶瓷膜的厚度、粗糙度進(jìn)行了檢測(cè)分析。
[0063]實(shí)驗(yàn)結(jié)果:最終獲得墨綠色鎂合金微弧氧化膜層，采用北京時(shí)代集團(tuán)公司生產(chǎn)的TT-230型數(shù)字式覆層渦流測(cè)厚儀測(cè)得膜層平均厚度為25.3 μ m，上海高致精密儀器有限公司制造的RA-200型粗糙度儀測(cè)得膜層表面粗糙度平均為2.12 μ m。
[0064]實(shí)施例4
[0065]配制電解液:將60g/L的六偏磷酸鈉加入去離子水中攪拌至完全溶解，然后加入10g/L的氟化鈉，攪拌均勻，再將4g/L的焦釩酸鈉添加至上述溶液，最后添加適量的氫氧化鉀調(diào)節(jié)pH值至9。
[0066]彩色鎂合金微弧氧化陶瓷層的制備步驟:
[0067](I)取規(guī)格為50mmX 50mmX 3mm的已具有厚度為9.1 μ m的白色微弧氧化膜層的AZ31B鎂合金試樣；
[0068](2)以AZ31B鎂合金試樣作陽(yáng)極，不銹鋼板作陰極；
[0069](3)以上述配制的電解液作微弧氧化電解液；
[0070](4)開(kāi)啟冷卻裝置，確保電解液的溫度保持在30_40°C ；
[0071](5)檢查好整個(gè)回路的線(xiàn)路連接，按2.6A/dm2設(shè)定平均電流，微弧氧化終止電壓控制在480V ；
[0072](6)開(kāi)啟微弧氧化電源進(jìn)行氧化處理1min ；
[0073](7)微弧氧化結(jié)束后，取出試樣用去離子水沖洗干凈，然后用吹風(fēng)機(jī)吹干。
[0074]對(duì)上述工藝制得的陶瓷膜的厚度、粗糙度進(jìn)行了檢測(cè)分析。
[0075]實(shí)驗(yàn)結(jié)果:最終獲得黃綠色鎂合金微弧氧化膜層，采用北京時(shí)代集團(tuán)公司生產(chǎn)的TT-230型數(shù)字式覆層渦流測(cè)厚儀測(cè)得膜層平均厚度為21.7 μ m，上海高致精密儀器有限公司制造的RA-200型粗糙度儀測(cè)得膜層表面粗糙度平均為1.85 μ m。
[0076]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明所提供的電解液為弱堿性微弧氧化電解液，可以有效降低微弧-電泳生產(chǎn)線(xiàn)中水洗工序的工藝復(fù)雜性，縮短生產(chǎn)線(xiàn)流程，減少污水排放，降低生產(chǎn)成本；使用本發(fā)明提供的電解液進(jìn)行鎂合金微弧氧化，制備的陶瓷層具有美觀裝飾性能，可以解決鎂合金微弧氧化陶瓷層顏色單一的問(wèn)題。
[0077]盡管已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明的實(shí)施方式，但是應(yīng)該理解的是，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式做出各種改變、替換和變更。
【權(quán)利要求】
1.一種用于鎂合金微弧氧化的電解液，其特征在于，電解液由六偏磷酸鈉、氟化物、著色劑、堿金屬氫氧化物和去離子水組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，其特征在于，所述電解液PH值為7-10。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，其特征在于，所述電解液各組分含量為:六偏磷酸鈉含量為30-70g/L，氟化物含量為2-12g/L，著色劑含量為2_10g/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，其特征在于，所述電解液中氟化物為氟化鉀或氟化鈉中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，其特征在于，所述電解液中著色劑為釩酸鹽中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電解液，其特征在于，所述釩酸鹽為偏釩酸銨、釩酸銨、焦釩酸鈉中任意一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，其特征在于，所述堿金屬氫氧化物可為氫氧化鈉或氫氧化鉀中的一種。
8.一種鎂合金微弧氧化電解液的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:將六偏磷酸鈉以30-70g/L的添加量緩慢加入到去離子水中，充分?jǐn)嚢柚镣耆芙?，然后添?-12g/L的氟化物，充分?jǐn)嚢杈鶆?，再?-10g/L的著色劑加入上述溶液中攪拌均勻，最后加入適量的堿金屬氫氧化物調(diào)節(jié)PH值至7-10即可，六偏磷酸鈉、氟化物、著色劑的添加量均以去離子水的量為基準(zhǔn)計(jì)。
9.一種制備彩色鎂合金微弧氧化陶瓷層的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟(1):先準(zhǔn)備I個(gè)已具有8-10 μ m白色微弧氧化陶瓷層的鎂合金樣件； 步驟(2):以鎂合金樣件作陽(yáng)極，不銹鋼板作陰極； 步驟(3):以權(quán)利要求1-7中電解液作微弧氧化電解液； 步驟(4):連接冷卻裝置，控制電解液溫度在30-40°C ； 步驟(5):檢查好整個(gè)回路的線(xiàn)路連接，然后設(shè)定電參數(shù)，其中平均電流設(shè)定為1.5-3A/dm2，電壓控制在 400-500V ； 步驟出):開(kāi)啟微弧氧化電源進(jìn)行氧化處理5-15min; 步驟(7):微弧氧化結(jié)束后，取出樣件用水沖洗干凈并吹干。
【文檔編號(hào)】C25D11/30GK104131326SQ201410420017
【公開(kāi)日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年8月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月23日
【發(fā)明者】蔣百鈴, 邵文婷, 李洪濤, 房愛(ài)存, 房昊煒, 張超 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)