一种原位生长高耐蚀抗老化黑色复合陶瓷膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种原位生长高耐蚀抗老化黑色复合陶瓷膜的制备方法，其是通过向锆盐基础溶液中引入着色盐，通过微弧氧化工艺在镁合金表面制备出黑色陶瓷膜。本发明专利技术的方法不仅操作过程简单、环保，而且电解液在微弧氧化过程中具有较高的稳定性，制备出的黑色陶瓷膜黑度较高。较高。较高。

【技术实现步骤摘要】
一种原位生长高耐蚀抗老化黑色复合陶瓷膜的制备方法


[0001]本专利技术属于金属表面处理
，涉及一种复合陶瓷膜的制备方法，尤其是一种原位生长高耐蚀抗老化黑色复合陶瓷膜的制备方法。

技术介绍

[0002]镁合金是在现代工业合金中运用最广泛的合金之一。镁合金作为最轻的金属结构材料具有比强度、比刚度高、铸造以及切削再加工能力强、尺寸稳定性和生物相容性好等优良特点，使得镁合金能够大范围地应用到航天器材、汽车框架和零部件、医疗设备器械以及其他行业上。由于镁合金标准电极电位较低，在许多环境中都容易失去电子发生腐蚀反应，所以针对镁合金零部件进行表面防护显得尤为重要。
[0003]通过采用镁合金表面处理技术，可以显著提高镁合金的耐腐蚀性、抗污染性和耐磨损性能。常见的镁合金表面处理技术有电镀、化学镀、阳极氧化和微弧氧化等。微弧氧化工艺是近年来发展起来的一种有色金属表面处理工艺，因为其制备出的陶瓷膜有较高硬度及较好的耐腐蚀等特点而备受学者青睐。
[0004]现阶段镁合金微弧氧化制备的陶瓷膜多为白色和灰色膜为主，随着航天领域及军用设备的发展，为了满足特定材料的耐腐蚀性及消光性能，如航天器表面具有热控性能的部件，以及军用产品的需求，需要对武器表面进行黑色装饰，减少眩光同时满足产品对隐蔽性的要求，需要在镁合金表面制备一层耐腐蚀的黑色陶瓷膜。目前，对微弧氧化黑色陶瓷膜的研究相对较少，基于电解液体系的研究主要集中在磷酸盐、硅酸盐体系中加入着色盐以达到对镁合金表面成色的目的，但这样制得黑色的微弧氧化陶瓷膜黑色度不够均匀且不能满足高耐腐蚀、抗老化的要求。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种原位生长高耐蚀抗老化黑色复合陶瓷膜的制备方法，该方法不仅操作过程简单、环保，而且电解液在微弧氧化过程中具有较高的稳定性，制备出的黑色陶瓷膜黑度较高。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0007]本专利技术的原位生长高耐蚀抗老化黑色复合陶瓷膜的制备方法是通过向锆盐基础溶液中引入着色盐，通过微弧氧化工艺在镁合金表面制备出黑色陶瓷膜。
[0008]进一步的，以上方法首先采用低压常温等离子体表面清洁工艺对镁合金表面进行预处理，然后采用锆盐基础溶液与着色盐的复合电解液，通过对pH值调整，使氢氧化锆胶体带负电向阳极移动沉积在镁合金样品表面生成ZrO2陶瓷。
[0009]进一步的，上述锆盐基础溶液包括基础盐和锆盐添加剂；所述复合电解液中还包含有螯合剂、pH值稳定剂、防菌剂和去离子水；所述基础盐由磷酸氢二铵、硝酸钾和氟硅酸钠组成。
[0010]进一步的，上述锆盐添加剂为硫酸锆、硫酸锆铵、硫酸锆钾和硫酸锆钠中的一种或
多种组合；所述着色盐为焦磷酸铜、硫酸铜、硝酸铜和醋酸铜中的一种或多种组合。
[0011]进一步的，上述螯合剂为三偏焦磷酸、酸式焦磷酸钠、三聚磷酸钠，、葡萄糖酸钠和乙二胺四甲叉磷酸钠中的一种或多种组合；所述pH值稳定剂为柠檬酸钠或酒石酸钠；所述防菌剂为山梨酸钾或苯甲酸钠。
[0012]本专利技术以上提出的原位生长高耐蚀抗老化黑色复合陶瓷膜的制备方法，具体包括以下步骤：
[0013]步骤1、预处理：先前处理镁合金表秒，然后进行低压常温等离子体表面清洁；
[0014]步骤2、配制电解液：按照质量份，取基础盐10～40份，锆盐1～8份、着色盐1～8份、螯合剂2～10份、pH值稳定剂1～2份、防菌剂1～3份混合后加入1000份去离子水配制成电解溶液；
[0015]步骤3、微弧氧化处理：将预处理好的镁合金作为阳极，不锈钢片作为阴极，将镁合金浸没在步骤2中的电解溶液中，调节至适当电参数进行微弧氧化处理后，将镁合金取出，用清水冲洗后进行干燥处理，制得所需微弧氧化黑色陶瓷膜。
[0016]进一步的，以上步骤1中：
[0017]前处理具体为：将镁合金表面用砂纸打磨，除去镁合金表面的毛刺污渍；
[0018]低压常温等离子体表面清洁具体为：将镁合金置于低压常温等离子体表面清洁箱体内，将机器箱体内进行抽真空处理后，从反应气体室通入工作气体氩气、氮气等，气源压力达到1Kg时，将枪头固定在需要处理的位置，进行微调将喷嘴与样品距离5
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8mm，打开设备电源，清洁时间3～5分钟，待设备工作去除镁合金表面氧化物、表面夹杂和污染物杂质，取出镁合金备用。
[0019]进一步，以上步骤2中：将配制好电解液静置30min后，放入均质机中，均质机以1000～5000rpm进行高速运转分散溶质粒子，分散的时间为10～20min。
[0020]进一步，以上步骤3中：微弧氧化处理时，不锈钢片与镁合金距离15～20cm，同时增设外加高压电场，电压300～500V，辅助阴极于电解槽内，使带电着色物质加速向镁合金阳极迁移，反应沉积生成黑色陶瓷膜，辅助阴极置于与镁合金距离10～15mm处；微弧氧化中电流频率为700～800Hz，占空比为30～40％，时间为10～30min，电源采用脉冲方波输出方式，其处理终止电压范围为350V～450V。
[0021]进一步，上述微弧氧化处理过程具体为：将镁合金先在0～180V阶段进行5分钟，待镁合金表面生成一层钝化膜，然后将电压以5～10V/min逐步升高至350～450V，微弧氧化处理时间10min～30min。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0023](1)、本专利技术通过向锆盐基础溶液中引入着色盐在镁合金表面制备出黑色陶瓷膜，黑色陶瓷膜黑度较高，色泽均匀，色差小，满足生产产品需要的表面色泽。采用型号为NR10QC的3nh色差仪测量制备的陶瓷膜得到(
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L*
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+
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a*
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+
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b*
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)值可达到20以下(膜层色度以CIELAB色度评定标准来进行评定，(
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L*
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+
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a*
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+
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b*
│
)的值越趋近于0，陶瓷膜颜色越趋近于纯黑色。)
[0024](2)、本专利技术所得的镁合金表面黑色陶瓷膜制备方法中采用了锆盐与着色盐的复合电解液，通过对pH值调整，使氢氧化锆胶体带负电向阳极移动沉积在镁合金样品表面生成ZrO2陶瓷，极大的促进了黑色陶瓷膜的耐蚀性提升，以达到高耐蚀性效果。
[0025](3)、本专利技术所使用的锆盐体系溶液中不含铬离子等对环境和人体有严重危害的重金属离子，在储存与排放过程中都不会对环境产生污染，因此该体系溶液具有绿色环保的优点。
[0026](4)、本专利技术做到了微弧氧化工艺和着色一步实现，相较于两步法微弧氧化着色技术实现了着色物质分布均匀，并非只在表面层；操作工艺更为简单方便。
[0027](5)、本专利技术在镁合金预处理阶段采用了低压常温等离子体表面清洁工艺，经过清洁后的镁合金表面杂质更少，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种原位生长高耐蚀抗老化黑色复合陶瓷膜的制备方法，其特征在于，通过向锆盐基础溶液中引入着色盐，通过微弧氧化工艺在镁合金表面制备出黑色陶瓷膜。2.根据权利要求1所述的原位生长高耐蚀抗老化黑色复合陶瓷膜的制备方法，其特征在于，首先采用低压常温等离子体表面清洁工艺对镁合金表面进行预处理，然后采用锆盐与着色盐的复合电解液，通过对pH值调整，使氢氧化锆胶体带负电向阳极移动沉积在镁合金样品表面生成ZrO2陶瓷。3.根据权利要求2所述的原位生长高耐蚀抗老化黑色复合陶瓷膜的制备方法，其特征在于，所述锆盐基础溶液包括基础盐和锆盐添加剂；所述复合电解液中还包含有螯合剂、pH值稳定剂、防菌剂和去离子水；所述基础盐由磷酸氢二铵、硝酸钾和氟硅酸钠组成。4.根据权利要求3所述的原位生长高耐蚀抗老化黑色复合陶瓷膜的制备方法，其特征在于，所述锆盐添加剂为硫酸锆、硫酸锆铵、硫酸锆钾和硫酸锆钠中的一种或多种组合；所述着色盐为焦磷酸铜、硫酸铜、硝酸铜和醋酸铜中的一种或多种组合。5.根据权利要求3所述的原位生长高耐蚀抗老化黑色复合陶瓷膜的制备方法，其特征在于，所述螯合剂为三偏焦磷酸、酸式焦磷酸钠、三聚磷酸钠，、葡萄糖酸钠和乙二胺四甲叉磷酸钠中的一种或多种组合；所述pH值稳定剂为柠檬酸钠或酒石酸钠；所述防菌剂为山梨酸钾或苯甲酸钠。6.根据权利要求1
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5任意一项所述的原位生长高耐蚀抗老化黑色复合陶瓷膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、预处理：先前处理镁合金表秒，然后进行低压常温等离子体表面清洁；步骤2、配制电解液：按照质量份，取基础盐10～40份，锆盐1～8份、着色盐1～8份、螯合剂2～10份、pH值稳定剂1～2份、防菌剂1～3份混合后加入1000份去离子水配制成电解溶液；步骤3、微弧氧化处理：将预处理好的镁合金作为阳极，不锈钢片作为阴极，将镁合金浸没在步骤2中的电解溶液中，调节至...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宏，张俊生，郝建民，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：