一種鎂合金表面陶瓷膜層的制備方法及封孔方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鎂合金表面處理技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種采用抑弧氧化的方法在鎂合金 材料表面制備陶瓷膜層并對該陶瓷膜層進行封孔處理的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鎂合金是實際應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料(其密度是鋼鐵的1/4,鋁合金的2/3)， 它具有比重輕、比強度和比剛度高、阻尼減震性能強、導(dǎo)熱性能好、抗沖擊性能好、電磁屏蔽 能力強及容易回收利用等優(yōu)點。作為新一代綠色、高強度、輕質(zhì)金屬結(jié)構(gòu)材料，鎂合金在汽 車工業(yè)、航空航天、武器裝備及計算機、通信產(chǎn)品及消費類3C電子產(chǎn)品領(lǐng)域具有一些其它 材料無法比擬的優(yōu)勢。
[0003] 但是鎂的化學(xué)性質(zhì)活潑，自然生成的表面氧化膜耐蝕性差，起不到保護作用，使其 應(yīng)用受到了很大的限制，需要進行有效的防護處理。微弧氧化技術(shù)是有效解決鎂合金腐蝕 問題的技術(shù)方法之一，為鎂合金的開發(fā)與應(yīng)用提供了技術(shù)保障。但是微弧氧化技術(shù)在鎂合 金表面制備的陶瓷膜層具有多孔性，有些孔隙甚至從膜層表面直達(dá)鎂合金基體表面；因為 這些孔隙的存在，腐蝕介質(zhì)會穿透這些孔隙到達(dá)被保護的鎂合金基體表面，并對基體表面 產(chǎn)生腐蝕，這種小孔腐蝕會加快金屬基體的局部腐蝕速度，同時腐蝕產(chǎn)物在金屬基體與膜 層的界面集聚，會使陶瓷層龜裂、脫落，最終導(dǎo)致膜層失效。因此在實際應(yīng)用過程中，為提高 陶瓷膜層的性能，必須對膜層進行封孔處理。對微弧氧化膜層進行封孔處理的技術(shù)工藝有 有機涂層涂覆工藝、溶膠_凝膠技術(shù)等。
[0004] 中國專利200810303802. 4提出以含有硅酸乙酯的溶膠體作為封孔劑，采用浸漬 的方法對微弧氧化進行封孔，封孔劑中硅酸乙酯、無水乙醇、濃氨水及去離子水的體積比為 2~4:25~35:0. 5~1. 5:5~12,同時在封孔劑中添加質(zhì)量含量0. 1%表面活性劑，以提高 封孔劑對膜層的浸滲性能。中國專利200810303815. 1提出一種以高含氫硅油與異丙醇、甲 苯、二甲苯、丙酮中的一種或多種稀釋劑的混合物為封孔劑，采用涂抹的方式對微弧氧化膜 層進行封孔處理。中國專利201210357957. 2提出一種以含有5~15g/l硅酸鈉、2~8g/ 1鎳鹽、0. 1~2g/l促進劑的溶液為封孔液，采用浸泡的方式在常溫下對微弧氧化膜層進行 封孔。中國專利201010565212. 6提出以有機醇水解法制備出的Si02溶膠為封孔液，采用一 種浸漬-提拉法對鎂合金微弧氧化膜層進行封孔的技術(shù)方法。中國專利201310100579. 4提 出一種鋁合金微弧氧化膜層封孔方法，封孔膠體積配比為正硅酸乙酯：無水乙醇：硅烷偶 聯(lián)劑：去離子水=4~6:8-12:1~2:2~3,將微弧氧化后的鋁合金試樣放入丙酮中超聲波 清洗除油，吹干后在去離子水中清洗，吹干，將封閉膠用超聲波振動，將處理后的試樣放入 封閉膠中繼續(xù)超聲波振動1~5分鐘，取出后室溫固化18~36小時候放入烤箱，在100°C~ 120°C下烘烤1~2小時，隨爐冷卻后得到封閉后的試樣。中國專利200910186798. 2提出了 一種將鎂合金弧氧化膜層置于由4g/l氫氧化鈉和12g/l植酸組成的溶液中進行封孔的方 法。上述封孔方法主要是針對鋁合金微弧氧化膜層，膜層的封孔深度較淺，效果難以保證。
[0005] 另外，中國專利200810303793. 9提出以聚酯系甲基丙烯酸單體含浸液作為封孔 劑，采用真空浸滲的方法對鋁合金微弧氧化膜層進行封孔。采用真空浸滲的方法能有效的 使浸滲劑滲入微弧氧化膜膜孔中，但是以有機單體作為封孔劑，耐高溫性能差。中國專利 201110288402. 2提出一種以有機硅原液與質(zhì)量濃度為95%以上的酒精按照5:1~10:1質(zhì) 量比混合液為封孔劑，先用丙酮對鋁合金微弧氧化膜層進行去污除油，再用50°C~60°C蒸 餾水超聲振動清洗，然后將鋁合金微弧氧化試樣放入耐壓容器中，密封并抽真空，再注入封 閉劑淹沒試樣，然后解除真空，再將試樣置于保溫爐中在120°C~150°C中保溫15~30分 鐘，該工藝過程需加壓，設(shè)備要求高，工藝比較復(fù)雜，浸滲液中酒精易揮發(fā)。
[0006] 針對上述情況，需要研發(fā)出一種簡單易行的鎂合金陶瓷膜層及封孔工藝方法，解 決鎂合金表面的腐蝕防護問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明所要解決的第一個技術(shù)問題是提供一種工藝簡單、成膜效果好的鎂合金表 面陶瓷膜層的制備方法，制得的膜層耐蝕性性能好，成本較低。
[0008] 本發(fā)明所要解決的第二個技術(shù)問題是提供一種鎂合金表面陶瓷膜層的封孔方法， 工藝簡單易操作，有效提高膜層的耐蝕、耐磨性能。
[0009] 本發(fā)明解決上述第一個技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種鎂合金表面陶瓷膜層 的制備方法，其特征在于包括以下步驟：
[0010] 1)按以下組成配置電解液：
[0011]
【主權(quán)項】
1. 一種鎂合金表面陶瓷膜層的制備方法，其特征在于包括以下步驟： 1) 按以下組成配置電解液： 陰離子：P〇43- 0 15-0 25 mol/1, F- 0.~0.5mol/l: 陽離子：NH4+ 0.75 ~1.2mol/l; K+或]Sia+ 0 ~0.4mol/l; 穩(wěn)定劑： 0.25 ~0.5mol/l; 2) 將鎂合金工件置入氧化槽中作為陽極，不銹鋼板作為陰極，采用直流或脈沖電流進 行抑弧氧化，電流密度為〇. 5~4A/dm2,氧化電壓250~450V，采用壓縮空氣攪拌，氧化溫 度10~25°C，氧化時間2~60分鐘； 3) 取出工件，用清水漂洗，再用壓縮空氣吹干表面水分，即在鎂合金表面氧化生成了陶 瓷膜層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述穩(wěn)定劑為三乙醇胺、甘油或烏洛 托品中的一種或幾種。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述鎂合金工件在氧化前根據(jù)需要 進行脫脂、酸洗或噴砂處理，其中脫脂采用堿性脫脂劑，酸洗采用質(zhì)量濃度5~10%HN0 3溶 液或30~40g/lH3P04溶液，常溫浸泡30~60秒；噴砂是使用玻璃砂或陶瓷砂，粒徑100~ 220目，噴砂壓力0· 3~0· 6MPa。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述步驟3)中的氧化采用脈沖電流 時，頻率50~2000Hz，占空比10%~80%。
5. -種根據(jù)權(quán)利要求1制備的鎂合金表面陶瓷膜層的封孔方法，其特征在于：容器中 添加足量的封孔液至浸沒工件，將上述氧化好的鎂合金工件懸置于該盛有封孔液的容器 中，不要浸入浸滲液中，對容器密封抽真空，然后將工件浸沒于浸滲液中，繼續(xù)抽真空，使容 器內(nèi)達(dá)到或接近絕對真空；也可以將氧化好的工件直接浸沒于浸滲液中，抽真空，使容器內(nèi) 達(dá)到或接近絕對真空；保持4~6分鐘后打開放氣閥，使容器內(nèi)恢復(fù)正常氣壓，再保持4~ 6分鐘后打開容器，取出工件甩干后在烘箱中固化，固化后取出冷卻即可。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的封孔方法，其特征在于：所述封孔液為納米SiO2分散液，納 米SiO2的粒徑為10~lOOnm，分散劑為異丙醇或聚乙二醇，其中納米SiO 2的質(zhì)量百分比為 10% ~40%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的封孔方法，其特征在于：所述固化的溫度為90~180°C，固化 時間10~40分鐘。
【專利摘要】一種鎂合金表面陶瓷膜層的制備及封孔方法，步驟：配置電解液：陰離子：PO43- 0.15～0.25mol/l；F- 0～0.5mol/l；陽離子：NH4+ 0.75～1.2mol/l；K+或Na+ 0～0.4mol/l；穩(wěn)定劑0.25～0.5mol/l；將鎂合金工件作為陽極，不銹鋼板作為陰極，采用直流或脈沖電流進行抑弧氧化，得到陶瓷膜層。本發(fā)明采用抑弧氧化的方法對鎂合金工件進行氧化處理，使得膜層表面光潔，成膜速度快，膜層致密性好，耐蝕性能大幅提高，且制備成本較低；采用納米SiO2分散液作為封孔劑并結(jié)合真空浸滲技術(shù)，使得封孔后的陶瓷膜層具有較好的耐蝕、耐磨、耐熱、抗污等性能，具有工藝簡單、易操作的特點，有效提高鎂合金表面的腐蝕防護性能，同時封孔技術(shù)還可用于鋁、鈦的輕合金微弧氧化膜層及熱噴涂涂層、電鍍鍍層的封孔處理。
【IPC分類】C25D11-30
【公開號】CN104651908
【申請?zhí)枴緾N201310606075
【發(fā)明人】魯闖, 朱利萍, 楊潤田, 王志鋒, 唐緯虹, 賀勇
【申請人】中國兵器科學(xué)研究院寧波分院
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2013年11月25日