一种镁/镁合金表面微炭球改性微弧氧化处理用电解液制造技术

技术编号:19713585 阅读:32 留言:0更新日期:2018-12-08 18:56
本发明专利技术提供了一种镁/镁合金表面微炭球改性微弧氧化处理用电解液,包括硅酸钠、氢氧化钠和微炭球,其中,硅酸钠的浓度为10.0‑20.0g/L,氢氧化钠的浓度为5.0‑15.0g/L,微炭球的浓度为30.0‑80.0mL/L。另外,本申请提供了一种利用该电解液在镁/镁合金表面制备微炭球改性微弧氧化薄膜的方法。利用微炭球改性的微弧氧化处理用电解液,绿色无污染,所用微炭球制备简单,方便易得,弥补了传统电解液的不足,有效降低了微弧氧化膜层表面微孔的数量,且具有优良的导电性能,使得膜层快速增长,极大地增加了膜层厚度,使膜层具有优异的耐蚀性能,大大延长了使用寿命,与膜层的结合为冶金结合,具有较强的结合力,SiC新相的形成使膜层硬度得到了极大提高。

【技术实现步骤摘要】
一种镁/镁合金表面微炭球改性微弧氧化处理用电解液
本专利技术涉及镁/镁合金表面微弧氧化
,具体涉及一种镁/镁合金表面微炭球改性微弧氧化处理用电解液。
技术介绍
镁合金,材质轻。它具有比强度高,刚性好,电磁屏蔽性能好等特点,镁合金压铸结构件被越来越广泛地应用汽车、家电、通讯电子、轻便工具、航空航天、军事工业等领域。目前,镁合金(压铸件)主要应用于移动电话、笔记本电脑外壳、饰件等压铸产品,在车、家电制造等行业的应用也很广泛。但是,由于镁合金具有活泼的化学性质,而且电极电位较低,因此镁合金的耐蚀性较差,不能满足各方面应用的要求。因此,为了满足应用要求,就需要提高镁合金的耐蚀性,常用的方法有:制备高纯镁;合金化;表面改性。其中以表面改性最为常见,现在比较成熟的方法有化学转化膜、电沉积、水热法、阳极氧化和微弧氧化等。微弧氧化是建立在阳极氧化上发展的一种新型表面改性技术,具有能耗低,操作温度低,生产效率高,膜层耐蚀性、耐磨性好等优点,适用于制备一些耐蚀耐磨的构件比如移动电话、笔记本电脑外壳、汽车上的座椅骨架、轮毂、发动机的汽缸(顶)盖等。微弧氧化就是将Mg、Al和Ti等阀金属或合金置于含有电解质的水溶液中,利用等离子体电化学和电化学原理,施加电压,在金属表面产生微弧放电,原位生长陶瓷层的一种新技术,因而又称等离子体电解氧化。影响镁合金微弧氧化成膜质量的因素较多,其中,电解液的组成起着至关重要的作用。镁合金微弧氧化的电解液体系目前主要有以下类型:磷酸系、铝酸系和硅酸系。对于磷酸盐体系,磷酸盐在水中溶解的情况下,可与Mg2+形成难溶性的配合物,吸附沉积于金属表面,形成致密的保护膜,从而减缓镁合金的腐蚀破坏,有利于微弧氧化膜的生长,但磷酸盐对人体和环境有不同程度的危害,使其实际应用受到了限制。铝酸盐体系对环境无污染、无毒无害,微弧氧化所形成的膜层是两层结构(外层的疏松多孔层和内层的致密层),呈白色,表面极光滑,有良好的外观,但在成膜速度、耐蚀性方面,铝酸盐体系稍差于硅酸盐体系。硅酸盐是最适合微弧氧化方法的电解质成分之一,可在较宽的电解液温度及氧化电流范围内,促进合金表面钝化,形成性能较佳的含硅氧化膜。目前碱性硅酸盐体系的研究及应用较广,其基准电解液为NaOH+Na2SiO3,对环境的污染小,并且微弧氧化膜层对SiO32-的吸附能力最强,与磷酸盐体系、铝酸盐体系相比,硅酸盐体系成膜速率较高,硬度、耐磨和耐蚀性能优异。然而镁合金在多数电解液中微弧氧化时会生长一层具有较大孔隙率的多孔涂层,而腐蚀介质易于聚集在这些微孔处,加速腐蚀,这就降低了镁合金微弧氧化膜层的长期服役。
技术实现思路
针对上述现有技术问题,本专利技术提供了一种镁/镁合金表面微炭球改性微弧氧化处理用电解液,弥补了传统电解液的不足,有效降低了传统微弧氧化薄膜表面微孔的数量,提高了其耐腐蚀性能;另外本申请提供了一种利用该电解液在镁/镁合金表面制备微炭球改性微弧氧化薄膜的方法。本专利技术采用以下的技术方案:一种镁/镁合金表面微炭球改性微弧氧化处理用电解液,包括硅酸钠、氢氧化钠和微炭球,其中,硅酸钠的浓度为10.0-20.0g/L,氢氧化钠的浓度为5.0-15.0g/L,微炭球的浓度为30.0-80.0mL/L。上述技术方案中,硅酸钠作为微弧氧化过程中的成膜剂,硅酸根离子是极易在镁合金表面吸附的阴离子,硅酸钠浓度提高时,镁合金和陶瓷膜表面吸附的硅酸根离子数增加,放电中心增多,陶瓷膜层的生长速度加快。氢氧化钠能够提高电解液的电导率,在恒压微弧氧化过程中,电解液电导率的提高,意味着陶瓷膜容易被击穿,陶瓷膜的生长速度加快。微炭球具有自烧结性能、高堆积密度、优良的导电和导热性。在微弧氧化过程中纳米尺寸的微炭球,可以作为反应物直接参与氧化过程,形成了SiC物相,极大地增强了膜层的硬度。优选地,硅酸钠的浓度为15.0-20.0g/L;进一步优选地,硅酸钠的浓度为18.0g/L。优选地,氢氧化钠的浓度为10.0-15.0g/L;进一步优选地,氢氧化钠的浓度为10.0g/L。优选地,微炭球的浓度为50.0-80.0mL/L;进一步优选地,微炭球的浓度为50.0mL/L。其中,上述电解液均用蒸馏水配制。进一步的,微炭球的尺寸为150-250nm。一种利用该电解液在镁/镁合金表面制备微炭球改性微弧氧化薄膜的方法,包括以下步骤:(1)镁/镁合金基体预处理:将镁/镁合金基体依次经过机械打磨,用去离子水和无水乙醇溶液清洗,暖风吹干,密封保存,备用;(2)镁/镁合金基体的微弧氧化:用不锈钢板作阴极,用镁/镁合金作阳极,在搅拌条件下,保持电解液温度控制在45℃以下,采用微弧氧化电源供电,电源频率500Hz,占空比20%,电流为80mA/cm-2的恒流下通电反应1~5min,即得到镁/镁合金表面微炭球改性微弧氧化薄膜。上述技术方案中,步骤(2)微弧氧化过程中的搅拌是为了促进电解液中离子的运动以及提供足够的氧气,有利于膜层的快速生长;电解液温度控制在45℃以下是为了防止膜层中的放电通道增大,使其致密性变差,降低膜层的显微硬度与耐蚀性。进一步的,步骤(1)中,所述镁/镁合金基体依次经过机械打磨:其步骤按照以下顺序进行:钻孔,依次用氧化铝耐水砂纸按型号150﹟、400﹟、800﹟、1500﹟打磨,蒸馏水或去离子水清洗,乙醇清洗,吹干保存。进一步的,步骤(1)中,所述镁基体为纯镁、AZ31B或其他各种类型的镁合金。进一步的,步骤(2)中,微弧氧化电源为单向脉冲直流电源。进一步的,步骤(2)中,通电反应时间为3min。本专利技术具有的有益效果是:利用微炭球改性的微弧氧化处理用电解液,微炭球的添加有效地降低了微弧氧化膜层表面微孔的数量,且具有优良的导电性能,使得膜层快速增长,极大地增加了膜层厚度,使膜层具有优异的耐蚀性能,大大延长了使用寿命长,SiC新相的形成也使得膜层硬度得到了极大提高;所制备的微炭球改性微弧氧化处理用电解液,绿色无污染,所用微炭球制备简单,方便易得;作为添加剂的微炭球是作为反应直接参与了微弧氧化过程,非以物理沉淀的方式结合到微弧氧化膜层上,与膜层的结合为冶金结合,具有较强的结合力。附图说明图1为实施例1所制备的微炭球微观形貌SEM图。图2为实施例1所制备的微炭球XRD谱图。图3为实施例6、11所制备的微弧氧化涂层微观形貌SEM图。图4为实施例6、11所制备的微弧氧化涂层(图3,1点)的EDS图。图5为实施例6、11所制备的微弧氧化涂层(图3,2点)的EDS图。图6为实施例6、11所制备的微弧氧化涂层的XRD谱图。图7为实施例6、11所制备的微弧氧化涂层极化曲线对比图。图8为实施例6、11所制备的微弧氧化涂层的交流阻抗Bode对比图。图9为实施例6、11所制备的微弧氧化涂层的电化学Nyquist对比图。图10-1为实施例6、11所制备的微弧氧化涂层的析氢速率图。图10-2为实施例6、11所制备的微弧氧化涂层的局部放大析氢速率图。图11为实施例6、11所制备的微弧氧化涂层的显微硬度对比图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行具体的说明:实施例1:(1)溶液配置:取7.5g葡萄糖、50.0mLH2O,将两者混合均匀,制得溶液备用。(2)微炭球制备:打开水热反应釜,将上述溶液加入聚四氟乙烯材质本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种镁/镁合金表面微炭球改性微弧氧化处理用电解液,其特征在于,包括硅酸钠、氢氧化钠和微炭球,其中,硅酸钠的浓度为10.0‑20.0g/L,氢氧化钠的浓度为5.0‑15.0g/L,微炭球的浓度为30.0‑80.0mL/L。

【技术特征摘要】
1.一种镁/镁合金表面微炭球改性微弧氧化处理用电解液,其特征在于,包括硅酸钠、氢氧化钠和微炭球,其中,硅酸钠的浓度为10.0-20.0g/L,氢氧化钠的浓度为5.0-15.0g/L,微炭球的浓度为30.0-80.0mL/L。2.根据权利要求1所述的一种镁/镁合金表面微炭球改性微弧氧化处理用电解液,其特征在于,硅酸钠的浓度为18.0g/L。3.根据权利要求1所述的一种镁/镁合金表面微炭球改性微弧氧化处理用电解液,其特征在于,氢氧化钠的浓度为10.0g/L。4.根据权利要求1所述的一种镁/镁合金表面微炭球改性微弧氧化处理用电解液,其特征在于,微炭球的浓度为50.0mL/L。5.根据权利要求1所述的一种镁/镁合金表面微炭球改性微弧氧化处理用电解液,其特征在于,微炭球的尺寸为150-250nm。6.一种利用权利要求1-5任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员:曾荣昌李长阳樊晓丽冯晓磊崔蓝月殷正正李硕琦张芬
申请(专利权)人:山东科技大学
类型:发明
国别省市:山东,37

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