一种含硼低碳钢氧化膜层及其制备方法技术

本发明专利技术涉及金属表面处理技术领域，提供了一种含硼低碳钢氧化膜层的制备方法，以含硼低碳钢为阳极，在电解液中进行微弧氧化，得到含硼低碳钢氧化膜层；所述电解液包括偏铝酸钠5～25g/L、磷酸二氢钠2～10g/L、碳酸钠2～15g/L和丙三醇2～8g/L；实验结果表明：本发明专利技术提供的制备方法工艺简单可控，制备得到的含硼低碳钢氧化膜层与基体结合性能良好，能够有效避免电偶腐蚀的发生，且膜层莫氏硬度达到8.5～9，摩擦磨损实验测试摩擦系数为0.2～0.3，中性盐雾腐蚀试验分析年腐蚀速率为0.03～0.07mm/y。

Boron containing low carbon steel oxidation film and preparation method thereof

The invention relates to the technical field of metal surface treatment, and provides a preparation method of boron-containing low-carbon steel oxide film. The boron-containing low-carbon steel oxide film is obtained by micro-arc oxidation in an electrolyte using boron-containing low-carbon steel as an anode. The electrolyte includes sodium metaaluminate 5-25g/L, sodium dihydrogen phosphate 2-10g/L, sodium carbonate 2-15g/L, etc. L and glycerol 2-8g/L; The experimental results show that the preparation method provided by the invention is simple and controllable, and the oxide film of boron-bearing low carbon steel has good adhesion with the substrate, and can effectively avoid galvanic corrosion, and the Mohrenheit hardness of the film reaches 8.5-9, and the friction coefficient of friction and wear test is 0.2-0.3. The annual corrosion rate of neutral salt spray test is 0.03 ~ 0.07mm/y.

【技术实现步骤摘要】
一种含硼低碳钢氧化膜层及其制备方法
本专利技术涉及金属表面处理
，特别涉及一种含硼低碳钢氧化膜层及其制备方法。
技术介绍
近年来世界各大车厂、钢铁协会、铝业协会等组织和一些钢厂先后进行了多项汽车轻量化项目的研究，在材料的选择方面镁合金等轻质材料在汽车轻量化中被采用的越来越多。以铝镁AZ91系合金为主的材料在汽车上有着广阔的发展前景。但是铝镁AZ91系合金在汽车轻量化的应用还存在以下突出问题:一、镁合金强度可代替汽车大部分零部件，但材料关键的承重结构件与连接零部件仍然无法用镁合金代替传统的合金特种钢，只能选择含硼低碳钢以冲铆连接的方式来连接镁合金汽车结构件；二、接触腐蚀问题。镁是活泼金属，其电极电位是-2.37V，而合金含硼低碳钢的电极电位为-0.44V，两者电位相差较大。当两者直接相互接触时，会自发地发生接触电偶腐蚀现象，导致电位较低的镁合金发生严重的腐蚀，致使材料性能失效。故需要在两者的接触上要涂覆磨膜层以抑制接触腐蚀现象的产生。目前几乎所有的解决方案都是对镁合金进行表面处理。如将镁合金表面用硝酸钝化，形成致密的纳米颗粒保护层，其表面阻抗增加12倍。经表面钝化的镁合金与镀锌铆钉连接，按照GJB594A-2000“标准评定的腐蚀等级为0-1级，电偶腐蚀倾向明显减小，是除热带海洋环境以外条件均可使用的界面连接组合。但这种解决方案除了仍具有接触腐蚀倾向外，对于大尺寸汽车镁合金部件的表面钝化处理也存在成本高、工艺复杂和硝酸废液的环保问题。现有技术中虽然也考虑到在与镁合金连接的钢铁结构部件上涂覆膜层而不是对镁合金进行表面处理，但传统的钢铁表面处理工艺主要有喷涂、热浸镀、化学热处理、电镀等工艺，这些方法都存在着涂层结合力较差，效率低下，处理时间较长，成本较高，环境污染较大，最重要的无法解决的强烈电偶腐蚀倾向。如目前汽车冲铆连接使用的铆钉由含硼低碳钢(10B21)制造，表面镀锌，镀层厚度约100μm，由于金属Zn与AZ91合金中主要元素金属Mg之间的电位差约为0.667V，处于易发电偶腐蚀的危险区。而且其镀层工艺一般是采用热浸镀与微弧氧化工艺相结合的方法，基于钢铁热浸镀技术上加以微弧氧化强化膜层的保护作用，其实质是在铝镀层上进行的微弧氧化，所以其表面膜层性能是基于表面热浸镀铝层而不是微弧氧化陶瓷层。由于该技术是以热浸镀铝技术为基础，热浸镀铝技术中，铝镀层与基体结合性能差的问题尤为突出，钢铁表面热浸镀结合微弧氧化技术制备的涂层极易脱落，涂层强度、耐磨性和耐腐蚀性也远远无法满足需求；其次就是工艺过程复杂，且对工艺过程中的参数要求严格，生产效率低下，生产成本很高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了一种含硼低碳钢氧化膜层的制备方法。本专利技术提供的制备方法工艺简单可控，制备得到的含硼低碳钢氧化膜层与基体结合性能良好，提高了膜层的强度、耐磨性和耐腐蚀性。本专利技术提供了一种含硼低碳钢氧化膜层的制备方法，包括如下步骤：以含硼低碳钢为阳极，在电解液中进行微弧氧化，得到含硼低碳钢氧化膜层；所述电解液包括偏铝酸钠5～25g/L、磷酸二氢钠2～10g/L、碳酸钠2～15g/L和丙三醇2～8g/L。优选的，所述微弧氧化的参数包括：电流密度为0.5～300mA/cm2、正电压为450～700V、负电压为50～100V、电流频率为200～2000Hz、正负频率比为0.5～2、正占空比为15～40％、负占空比为10～25％、反应时间为20～50min、反应温度为20～60℃。优选的，所述电解液还包括四硼酸钠1～10g/L。优选的，所述微弧氧化的参数包括：电流密度为0.1～300mA/cm2、正电压为500～700V、负电压为20～80V、电流频率为200～2000Hz、正负频率比为1～2、正占空比为15～40％、负占空比为10～20％、反应时间为20～60min、反应温度为20～60℃。优选的，所述电解液的pH值为8～12。优选的，所述微弧氧化前还包括：对含硼低碳钢依次进行抛光、除油和酸洗。优选的，所述除油在碱性溶液中进行，所述除油的温度为70～90℃。优选的，所述酸洗在酸性溶液中进行，所述酸洗的温度为30～70℃。本专利技术还提供了上述制备方法得到的含硼低碳钢氧化膜层，包括包覆在含硼低碳钢基体表面的Al2O3陶瓷膜层。优选的，所述Al2O3陶瓷膜层的厚度为50～100μm，所述Al2O3陶瓷膜层的绝缘电阻为100～150MΩ。本专利技术提供了一种含硼低碳钢氧化膜层的制备方法，包括如下步骤：以含硼低碳钢为阳极，在电解液中进行微弧氧化得到氧化膜层含硼低碳钢；本专利技术提供的制备方法中选择的电解液包括偏铝酸钠、磷酸二氢钠、碳酸钠和丙三醇的组分，通过控制电解液的组分及含量，在含硼低碳钢表面原位生长Al2O3陶瓷膜层，结构致密均匀，与基体呈牢固的冶金态结合，显著提高了膜层的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。实验结果表明：本专利技术所述微弧氧化制备方法得到的Al2O3陶瓷膜层的莫氏硬度达到8.5～9，摩擦磨损实验测试摩擦系数为0.2～0.3；中性盐雾腐蚀试验分析年腐蚀速率为0.03～0.07mm/y。此外，本专利技术获得的含硼低碳钢氧化膜层，包括包覆在含硼低碳钢表面的Al2O3陶瓷膜层，所述Al2O3陶瓷膜层绝缘电阻高达100～150MΩ，相当于用绝缘体封闭了含硼低碳钢铆钉与接触金属(镁合金)之间的界面间隙，抑制了电子流动回路，避免了电偶腐蚀发生。附图说明图1为本专利技术制备的含硼低碳钢氧化膜层的模拟图，其中绝缘体为Al2O3陶瓷膜层；图2为本专利技术含硼低碳钢氧化膜层的制备工艺流程图；图3为本专利技术实施例6制备的含硼低碳钢氧化膜层的膜层表面；图4为本专利技术实施例6制备的含硼低碳钢氧化膜层的界面SEM图。具体实施方式本专利技术提供了一种含硼低碳钢氧化膜层的制备方法，包括如下步骤：以含硼低碳钢为阳极，在电解液中进行微弧氧化，得到含硼低碳钢氧化膜层；所述电解液包括偏铝酸钠5～25g/L、磷酸二氢钠2～10g/L、碳酸钠2～15g/L和丙三醇2～8g/L。本专利技术以含硼低碳钢为阳极，在电解液中进行微弧氧化，得到含硼低碳钢氧化膜层。在本专利技术中，所述含硼低碳钢的型号优选为10B21，本专利技术选择含硼低碳钢与Ti、Al、Mg等有色金属在微弧氧化时形成自身氧化物陶瓷涂层不同，含硼低碳钢材料在碱性溶液和氧气条件下，不论生成Fe(OH)3还是Fe2O3都不是陶瓷绝缘体，且其与基体之间在强度和结合力方面都无法满足涂层的使用要求。因此，在对含硼低碳钢进行镀膜时，就需要引入其他金属元素，Al2O3陶瓷与Fe之间的热膨胀系数相近，并可以在微弧氧化时形成FeO·Al2O3复合陶瓷过渡层，在钢材表面形成Al2O3陶瓷绝缘膜层。在本专利技术中，所述电解液包括偏铝酸钠5～25g/L、磷酸二氢钠2～10g/L、碳酸钠2～15g/L和丙三醇2～8g/L。在本专利技术中，所述电解液优选包括10～20g/L偏铝酸钠，更优选为15g/L。在本专利技术中，所述偏铝酸钠是含硼低碳钢表面微弧氧化膜层中铝离子的主要来源，而且偏铝酸钠能够提供碱性的电解液环境，同时保证基础Al2O3膜层硬度、耐磨性及耐腐蚀性的提高。在本专利技术中，所述电解液优选包括4～8g/L磷酸二氢钠，更优选为5g/L。在本专利技术中，所述磷酸二氢钠能够提高电解液的稳定性，维持微弧氧化电弧持续稳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含硼低碳钢氧化膜层的制备方法，包括如下步骤：以含硼低碳钢为阳极，在电解液中进行微弧氧化，得到含硼低碳钢氧化膜层；所述电解液包括偏铝酸钠5～25g/L、磷酸二氢钠2～10g/L、碳酸钠2～15g/L和丙三醇2～8g/L。

【技术特征摘要】
1.一种含硼低碳钢氧化膜层的制备方法，包括如下步骤：以含硼低碳钢为阳极，在电解液中进行微弧氧化，得到含硼低碳钢氧化膜层；所述电解液包括偏铝酸钠5～25g/L、磷酸二氢钠2～10g/L、碳酸钠2～15g/L和丙三醇2～8g/L。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述电解液还包括四硼酸钠1～10g/L。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述电解液的pH值为8～12。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述微弧氧化的参数包括：电流密度为0.5～300mA/cm2、正电压为450～700V、负电压为50～100V、电流频率为200～2000Hz、正负频率比为0.5～2、正占空比为15～40％、负占空比为10～25％、反应时间为20～50min、反应温度为20～60℃。5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述微弧氧化的参数包括：电流密度为0.1～30...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈民芳，李言坤，由臣，刘海峰，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：天津,12