一种镁合金微弧氧化光滑黑色陶瓷膜及其制备方法技术

一种镁合金微弧氧化光滑黑色陶瓷膜及其制备方法，通过将镁合金用SiC砂纸打磨，然后进行除油清洗并用电吹风吹干，置于干燥器中待用；以镁合金为阳极，不锈钢薄板为阴极，将前处理后的镁合金浸泡在电解液中，采用双极性脉冲恒流模式对镁合金进行第一段和第二段共两段式微弧氧化处理，完毕后将镁合金取出用去离子水清洗，干燥后即得黑色陶瓷膜。本发明专利技术通过采用两段式微弧氧化处理，两段式电参数可以在更低的电流密度下在镁合金表面生成粗糙度更小、耐蚀性能好，黑度值小、色泽均匀且膜基结合更牢固的黑色陶瓷层，具有制备膜层质量高、制备效率高、单位能耗低等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种镁合金微弧氧化光滑黑色陶瓷膜及其制备方法
本专利技术属于镁合金表面处理领域，具体是一种镁合金的光滑微弧氧化黑色陶瓷膜及其制备方法。
技术介绍
镁合金是最轻的金属结构材料，具有比重轻、比强度高、减振性好，而且电磁屏蔽性强，易于回收等优点，被认为是二十一世纪最富开发和应用潜力的“绿色”材料。近年来，随着3C电子产品的迅速普及，其外壳也经历了更新换代，由原来质感较差的工程塑料逐渐发展为金属材料。在常见金属材料中，镁合金以密度小，比强度比刚度高等优点在符合3C电子产品轻便要求的同时能够提供足够的保护。但是镁的标准电极电位低（-2.36V），较易失电子而发生氧化反应，从而导致镁及镁合金的耐腐蚀性很差，在腐蚀性介质中很容易发生严重的腐蚀。众所周知，表面处理是改善镁合金耐腐蚀性能的最有效、最合理、应用最广的处理方式之一，同时也是表面装饰的常用方式。在众多的表面强化着色技术中，阳极氧化着色技术是应用较为广泛的。但阳极氧化着色存在诸多工艺缺点：（1）阳极氧化生成的氧化膜比较脆，与基体的结合性能较差，在受力的条件下很容易脱落；在很多条件下必须用树脂或涂层进行密封，使工艺更加繁琐；（2）阳极氧化电解液往往呈酸性，对环境危害很大；（3）阳极氧化着色为两步着色，即先生成阳极氧化膜，再放置到其他电解液中进行电解着色。微弧氧化着色技术是近年来兴起的在有色金属表面生成陶瓷层并同时达到着色目的的表面处理技术。它通过微区瞬间高温烧结作用直接把基体金属转化成氧化物陶瓷，同时在电解液添加有色盐的情况下，通过一系列电化学和化学反应，使有色金属离子与基体相结合，最后形成彩色氧化膜层。微弧氧化一次着色存在以下优点：（1）镁合金微弧氧化有色陶瓷层与基体结合牢固，结构致密，具有很好的耐磨损、耐腐蚀、耐高温冲击和优良的电绝缘性能；（2）工艺方法简单，对环境污染少。因此它已成为研究和开发阀金属的一种新型方法，具有广阔的应用前景，代表着镁合金表面处理的最新研究方向。目前的微弧氧化都是一段式加工，即在整个微弧氧化过程中，始终保持相同的电流密度，导致微弧氧化存在一些问题。首先，目前一段式电参数微弧氧化着色技术在微弧氧化后期严重的微弧放电使得膜层粗糙，手感较差，难以达到消费者满意的水平。其次，一段式电参数微弧氧化着色技术往往产生较厚的多孔层，不但起不到保护基体的作用，反而增加膜层内应力，使得膜层结合力变差。这些问题的存在限制了该技术在3C电子领域的推广应用。因此，开发一种保持膜层光滑且结合力好的微弧氧化表面着色技术有很强的现实应用意义。目前关于镁合金微弧氧化着色的研究主要集中在国内，且主要有以下几点不足：（1）溶液中含有剧毒物质；如：通过添加重络酸钾在镁合金表面进行微弧氧化着色（袁旭芳稀土镁合金微弧氧化深色陶瓷膜的制备［D］.2008长春理工大学硕士学位论文）。（2）工作电压高，电流密度大，单位能耗大；如：通过添加硫酸钴在镁合金表面制备出了黑色陶瓷膜，氧化电压400V左右（郝建明，田新明镁合金微弧氧化黑色陶瓷膜的形成工艺研究［J］.材料热处理学报，2011,32（7）：164-168.）。申请公布号为CN101985768的专利技术专利公开了一种蓝色微弧氧化膜的制备方法，所用成膜剂为磷酸盐或硅酸盐5～50g/L，调色剂为钛化合物5～30g/L。但该方法所需的微弧氧化时间长达30min，电压较高，这无形中增大了生产所需的能耗，最终增加生产成本，不利于大规模工业生产应用。授权公告号为CN103173836B的专利技术专利公开了一种镁合金微弧氧化低能耗黑色陶瓷膜及制备方法。该制备方法使用的电流密度在4.25～10.62A/dm2，而且也是一段式加工，即在整个微弧氧化过程中，电流密度始终保持不变，该电流密度远大于工业规模化生产要求的1A/dm2，增加生产成本。申请公布号为CN106702464A的专利技术专利公开了一种镁合金微弧氧化制备黑色陶瓷膜层的电解液及方法。但该方法使用的电流密度在5～15A/dm2之间，这将导致工业生产的能耗增加，增加生产成本，不利于大规模推广应用。（3）工艺复杂，前处理需要除油、碱蚀、烘干等，后处理需要清洗封孔等；如：通过添加硫酸铜与氨水的络合物在镁合金表面进行微弧氧化着色，氧化电压在400V左右（台洪波镁合金微弧氧化一步着色及电解液寿命研究［D］.2009兰州理工大学硕士学位论文）。申请公布号为CN102021631的专利技术专利公开了一种镁合金表面黑色硬质微弧氧化陶瓷膜处理方法。但其电解液需要5～24小时的搅拌以及12～24小时的静置，这增加了生产所用时间，不利于生产效率的提高，难以大规模生产。申请公布号为CN103469280A的专利技术专利公开了一种镁合金微弧氧化电解液及利用该电解液对镁合金表面黑的陶瓷化处理的工艺。但其要求的前处理过程包括脱脂、表面活化、表面调整等过程，增加了操作环节，使得工艺复杂，不利于实际的工业生产应用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种镁合金微弧氧化光滑黑色陶瓷膜及其制备方法，工艺操作简单、工作电流密度低、能耗小、对环境污染小，所制备的黑色陶瓷膜光滑、结合力好、耐蚀性能好、黑度值小，色泽均匀。为了解决上述技术问题，本专利技术采取以下技术方案：一种镁合金微弧氧化光滑黑色陶瓷膜的制备方法，包括以下步骤：（1）前处理将镁合金用SiC砂纸打磨，然后进行除油清洗并用电吹风吹干，置于干燥器中待用；（2）微弧氧化以镁合金为阳极，不锈钢薄板为阴极，将前处理后的镁合金浸泡在电解液中，采用双极性脉冲恒流模式对镁合金进行第一段和第二段共两段式微弧氧化处理，完毕后将镁合金取出用去离子水清洗，干燥后即得黑色陶瓷膜；以加入的去离子水的体积为计算基准，电解液由15～36g/LNa2SiO3、20～37.5g/L六偏磷酸钠、10～24g/LKF、8～18g/LNH4VO3、1～6g/LEDTA、2～6g/L柠檬酸钠、1～3g/LNaOH和去离子水组成的；所述双极性脉冲恒流模式中各电参数为：第一段：频率400～800Hz、占空比20%～50%、电流密度2～6A/dm2、氧化时间2～10min；第二段：频率1200～1600Hz、占空比10%～30%、电流密度1～3A/dm2、氧化时间6～15min；在第一段微弧氧化处理完成时直接进入第二段微弧氧化处理，第一段微弧氧化处理和第二段微弧氧化处理连续进行无时间间隔。（3）清洗干燥将微弧氧化后的镁合金试样，用去离子水冲洗，之后用自然风吹干，完成制备。优选的，所述步骤（1）依次用150#、400#、600#、800#、1200#、2000#的SiC砂纸将镁合金表面打磨至划痕方向一致。优选的，所述步骤（2）中所述阴极与阳极之间的距离为5cm。优选的，所述步骤（3）的清洗为依次采用丙酮、无水乙醇、去离子水在超声波中清洗，清洗时间分别为5～10min，温度为25℃。本专利技术还提供了由所述制备方法制得的镁合金微弧氧化光滑黑色陶瓷膜。本专利技术通过将传统的一段式微弧氧化处理更换为两段式微弧氧化处理，限定的两段式工艺参数是经过大量研究才得出的，对获得最优的专利技术效果起了关键的作用，并非简单的试验即可获得。本专利技术通过连续衔接进行的两段式微弧氧化处理，在镁合金表面制备出膜层光滑、黑度值小，色泽均匀、耐腐蚀性能好且与基体结合紧密的黑本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镁合金微弧氧化光滑黑色陶瓷膜的制备方法，包括以下步骤：（1）前处理将镁合金用SiC砂纸打磨，然后进行除油清洗并用电吹风吹干，置于干燥器中待用；（2）微弧氧化以镁合金为阳极，不锈钢薄板为阴极，将前处理后的镁合金浸泡在电解液中，采用双极性脉冲恒流模式对镁合金进行第一段和第二段共两段式微弧氧化处理，完毕后将镁合金取出用去离子水清洗，干燥后即得黑色陶瓷膜；以加入的去离子水的体积为计算基准，电解液由15～36g/L Na2SiO3、20～37.5g/L六偏磷酸钠、10～24g/L KF、8～18g/L NH4VO3、1～6g/L EDTA、2～6g/L柠檬酸钠、1～3g/LNaOH和去离子水组成的；所述双极性脉冲恒流模式中各电参数为：第一段：频率400～800Hz、占空比20%～50%、电流密度2～6A/dm2、氧化时间2～10min；第二段：频率1200～1600Hz、占空比10%～30%、电流密度1～3A/dm2、氧化时间6～15min；在第一段微弧氧化处理完成时直接进入第二段微弧氧化处理，第一段微弧氧化处理和第二段微弧氧化处理连续进行无时间间隔;（3）清洗干燥将微弧氧化后的镁合金试样，用去离子水冲洗，之后用自然风吹干，完成制备。...

【技术特征摘要】
1.一种镁合金微弧氧化光滑黑色陶瓷膜的制备方法，包括以下步骤：（1）前处理将镁合金用SiC砂纸打磨，然后进行除油清洗并用电吹风吹干，置于干燥器中待用；（2）微弧氧化以镁合金为阳极，不锈钢薄板为阴极，将前处理后的镁合金浸泡在电解液中，采用双极性脉冲恒流模式对镁合金进行第一段和第二段共两段式微弧氧化处理，完毕后将镁合金取出用去离子水清洗，干燥后即得黑色陶瓷膜；以加入的去离子水的体积为计算基准，电解液由15～36g/LNa2SiO3、20～37.5g/L六偏磷酸钠、10～24g/LKF、8～18g/LNH4VO3、1～6g/LEDTA、2～6g/L柠檬酸钠、1～3g/LNaOH和去离子水组成的；所述双极性脉冲恒流模式中各电参数为：第一段：频率400～800Hz、占空比20%～50%、电流密度2～6A/dm2、氧化时间2～10min；第二段：频率1200～1600Hz、占空比10%～30%、电流密度1～3A/d...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文芳，易爱华，祝闻，王康，廖忠淼，田君，李润霞，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：广东,44