專利名稱：一種微弧氧化電解液及微弧氧化方法
技術領域：
本發明及金屬面表處理技術領域，尤其是涉及ー種微弧氧化電解液及微弧氧化方法。
背景技術：
目前，輕金屬如鋁、鈦及其合金，以其重量輕、比強度高、碾性和延展性好、易于加 エ的特點廣泛用于航天航空、汽車及電子行業等方面，但是輕金屬材料的表面質軟、不耐磨損、不耐高溫，而且輕金屬的腐蝕電位較低，在大多數介質中都不穩定，耐蝕性較差，雖然輕金屬的表面在自然狀態下能形成氧化膜，但是自然形成的氧化膜疏松多孔，不能保護內部的金屬，為克服輕金屬表面性能方面的缺陷，因此需要對輕金屬表面進行氧化，使其形成一層致密的氧化膜，以提高其表面性能，擴大其應用范圍，延長其使用壽命。微弧氧化技術是在傳統陽極氧化的基礎上發展起來的ー種新型的材料表面處理技木，通過高壓下電火花放電處理，利用微弧區瞬間高溫燒結作用直接在金屬表面原位生長陶瓷膜，該膜結構致密，與機體完全冶金結合，可以很好的解決輕金屬合金實際應用中表面處理的問題，但是微弧氧化得到的微弧氧化膜存在著摩擦系數過大，尤其是在摩擦副的使用中，會加劇磨件的磨損，而且產生的微弧氧化膜具有多孔性，有些孔隙甚至從涂層表面一直延伸到被保護的輕金屬的表面，腐蝕介質會穿過這些孔隙達到被保護的輕金屬表面， 腐蝕輕金屬的表面并在界面累積的腐蝕產物，使微弧氧化膜龜裂、脫落，因此為不降低微弧氧化膜的性能和擴大其在精度高質量機械部件中的應用，有必要將微弧氧化膜表面的孔隙進行封堵，以提高微弧氧化膜表面的使用壽命。例如，中國專利申請公布號CN102041M1，授權公告日2011年5月4日，公開了ー 種在鎂合金表面制備復合陶瓷膜的エ藝，其核心配方在溶膠制備和電解液配方上。電解液配方為配方1 硅酸鈉20%，氟化鉀10%，氫氧化鈉％，微弧氧化時間15-20分鐘。配方2 硅酸鈉6-15g/L，硼酸鈉2-5g/L，氫氧化鉀3-5g/L，氟化鉀3_6g/L，微弧氧化時間15-20分鐘。溶膠的制備配方正硅酸乙酯(TEOS，Si02含量彡28.0% )；無水乙醇；鹽酸去離子水。其不足之處是，在微弧氧化工藝前，需先需采用浸漬-提拉制膜法在鎂合金微弧氧化膜層表面形成ニ氧化硅涂層，而且要進行多次浸漬提拉，エ藝比較繁瑣。
發明內容
本發明的目的是為了克服現有技術上述的不足，提供了ー種含有微米級的石墨粉體、納米級的ニ氧化硅粉體或氧化鋁粉體和分散劑的微弧氧化電解液，還提供了一種用上述微弧氧化電解液的微弧氧化方法，使微弧氧化后形成的微弧氧化膜硬度高，耐磨性、耐腐蝕性好，無需進行后續封孔處理。為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案—種微弧氧化電解液，包括以下組分基礎液、耐磨劑、封孔劑與分散劑，所述的基礎液為PH為8-12的磷酸鹽、硅酸鹽水溶液，所述的耐磨劑為石墨粉體，所述的封孔劑為ニ氧化硅粉體或氧化鋁粉體，所述的分散劑為聚氧化乙烯烷基酚醚。耐磨劑與封孔劑不溶于基礎液，使該微弧氧化電解液為ー種懸浮液，基礎液為磷酸鹽、硅酸鹽的水溶液，磷酸鹽可提高成膜速率以及氧化膜的致密性，降低孔隙率，而硅酸鹽可使形成的微弧氧化膜表面比較均勻，且磷酸鹽與硅酸鹽成本較低，在強脈沖電流的作用下，微米級的石墨粉體會分散沉積在微弧氧化膜內，使微弧氧化膜具有潤滑性能，從而能減小微弧氧化膜的摩擦系數，產生減磨效果，從而提高微弧氧化膜的耐磨性，而氧化鋁或是 ニ氧化硅又是ー種超硬材料，在強脈沖電流的作用下，納米級的氧化鋁或是ニ氧化硅又會與石墨粉體形成ー種同步沉積在陶瓷膜層中的復合相，填充在陶瓷膜層中的孔隙中，使形成的微弧氧化膜結構更加致密，能提高氧化膜層的硬度，分散劑聚氧化乙烯烷基酚醚使石墨粉體與氧化鋁或者ニ氧化硅能在電解液中均勻分散，不會出現抱團現象，避免微弧氧化后的陶瓷膜層表面粗糙、內部孔隙率大，影響其性能與使用壽命。作為優選，所述的耐磨劑粒徑為1-10 μ m,所述的封孔劑粒徑為5-20nm，微弧氧化電解液中，耐磨劑的重量百分比為3% _5%，封孔劑的重量百分比為_3%，分散劑的濃度為0. 2-0. 5g/L，石墨粉體與氧化鋁粉體或ニ氧化硅粉體的加入量過大，則會阻塞放電通道，致使電解液功能喪失，幾乎不能進行微弧氧化，而加入量過小，又達不到所需要的效果， 同吋，氧化鋁粉體或ニ氧化硅粉體的加入量還影響陶瓷膜層的厚度，聚氧化乙烯烷基酚醚既使氧化鋁粉體或ニ氧化硅粉體在電解液中均勻分布，還提高了氧化鋁粉體或ニ氧化硅粉體在陶瓷膜層中的附著力，石墨粉體粒徑為微米級，而氧化鋁粉體或ニ氧化硅粉體粒徑為微米級，更容易填充至孔隙中去。作為優選，所述的磷酸鹽為三偏磷酸鈉、六偏磷酸鈉、三聚磷酸鈉、多聚磷酸鈉、磷酸鈉中的一種或幾種，所述的硅酸鹽為硅酸鈉和/或硅酸鉀，微弧氧化電解液中，磷酸鹽的總濃度為8-12g/L，硅酸鹽的總濃度為10-15g/L，磷酸鹽主要影響微弧氧化成膜速度和陶瓷膜層中的孔隙率，而硅酸鹽主要影響氧化膜層表面的光滑程度，上述的磷酸鹽與硅酸鹽的濃度范圍為微弧氧化形成陶瓷膜層的ー個最佳エ藝條件范圍。作為優選，所述的微弧氧化電解液中還包括添加剤，所述的添加劑包括穩定劑、絡合剤，所述的穩定劑為丙三醇和/或乙ニ醇，所述的絡合劑為乙ニ胺四乙酸和/或檸檬酸鈉，微弧氧化電解液中，穩定劑的總濃度為0. 1-0. 5g/L，絡合劑的總濃度為0. 1-0. 5g/L，穩定劑可以起到穩定溶液的作用，使電解過程中的溶液不易飛濺，絡合劑的加入可以改善輕金屬表面微弧氧化膜的性能，乙ニ胺四乙酸與檸檬酸鈉均可改善輕金屬表面微弧氧化膜的細致度及均勻性。ー種微弧氧化方法，將待鍍件浸入盛有如權利要求1至4中任一項所述的微弧氧化電解液的電解槽中，待鍍件作為陽扱，不銹鋼板作為陰扱，在微弧氧化條件下使待鍍件表面形成致密厚度的微弧氧化膜，微弧氧化電解液中直接加入耐磨劑、封孔劑與分散劑，在微弧氧化時可直接對所形成的陶瓷膜層進行封孔處理，無需進行后續封孔，エ藝步驟簡単。作為優選，所述的基礎液中同時加入耐磨劑、封孔劑與分散劑，加入后超聲振蕩 20-30min，用超聲振蕩，使石墨粉體、氧化鋁粉體或ニ氧化硅粉體、聚氧化乙烯烷基酚醚能在基礎液中形成均勻分布的懸濁液體系，在微弧氧化后能均勻分布在所形成的陶瓷膜層中，使陶瓷膜層具有良好的致密性與耐磨性。作為優選，所述的輕金屬待鍍件的材料為鎂合金、鋁或鋁合金，鎂合金、鋁、鋁合金均以其重量輕、比強度高、碾性和延展性好、易于加工的特點，被廣泛應用，但不穩定，耐蝕性較差，因此需要對其表面進行微弧氧化，使其形成ー層微弧氧化膜，以提高其表面性能， 擴大其應用范圍，延長其使用壽命。采用本發明提供的微弧氧化電解液及微弧氧化方法，能夠在待鍍件的表面形成一層耐磨性、耐腐蝕性好，硬度高的微弧氧化膜，而且微弧氧化電解液組成簡單，微弧氧化工藝簡単，無需進行后續封孔。因此，本發明具有如下有益效果(1)本發明的微弧氧化電解液組成簡單，易于控制；(2)直接在微弧氧化的過程中進行封孔，無需后處理進行封孔，エ藝簡單；(3)本發明的微弧氧化方法所形成的微弧氧化膜硬度高，耐磨性、耐腐蝕性好。
具體實施例方式下面結合具體實施方式
對本發明做進ー步的描述。實施例1耐磨劑、封孔劑與分散劑同時加入pH為8的基礎液中，加入后超聲振蕩20min，再將用鎂合金制成的待鍍件浸入盛有微弧氧化電解液的電解槽中，將待鍍件作為陽極，不銹鋼板作為陰扱，在反應時間5min，電解液溫度為15°C，電流密度為5A/dm2，電壓為150V的微弧氧化工藝條件下進行微弧氧化，使待鍍件的表面形成一層致密的微弧氧化膜，微弧氧化電解液的組成如表1所示，將所得到的微弧氧化膜進行性能測試，結果如表2所示。實施例2耐磨劑、封孔劑與分散劑同時加入pH為10的基礎液中，加入后超聲振蕩25min， 再將用鎂合金制成的待鍍件浸入盛有微弧氧化電解液的電解槽中，將待鍍件作為陽極，不銹鋼板作為陰扱，在反應時間25min，電解液溫度為35°C，電流密度為12A/dm2，電壓為300V 的微弧氧化工藝條件下進行微弧氧化，使待鍍件的表面形成一層致密的微弧氧化膜，微弧氧化電解液的組成如表1所示，將所得到的微弧氧化膜進行性能測試，結果如表2所示。實施例3耐磨劑、封孔劑與分散劑同時加入pH為12的基礎液中，加入后超聲振蕩30min， 再將用鎂合金制成的待鍍件浸入盛有微弧氧化電解液的電解槽中，將待鍍件作為陽極，不銹鋼板作為陰扱，在反應時間30min，電解液溫度為40°C，電流密度為15A/dm2，電壓為550V 的微弧氧化工藝條件下進行微弧氧化，使待鍍件的表面形成一層致密的微弧氧化膜，微弧氧化電解液的組成如表1所示，將所得到的微弧氧化膜進行性能測試，結果如表2所示。實施例4耐磨劑、封孔劑與分散劑同時加入pH為10的基礎液中，加入后超聲振蕩20min，再將用鋁制成的待鍍件浸入盛有微弧氧化電解液的電解槽中，將待鍍件作為陽扱，不銹鋼板作為陰扱，在反應時間25min，電解液溫度為35°C，電流密度為12A/dm2，電壓為550V的微弧氧化工藝條件下進行微弧氧化，使待鍍件的表面形成一層致密的微弧氧化膜，微弧氧化電解液的組成如表1所示，將所得到的微弧氧化膜進行性能測試，結果如表2所示。實施例5耐磨劑、封孔劑與分散劑同時加入pH為8的基礎液中，加入后超聲振蕩25min，再將用鋁制成的待鍍件浸入盛有微弧氧化電解液的電解槽中，將待鍍件作為陽扱，不銹鋼板作為陰扱，在反應時間5min，電解液溫度為20°C，電流密度為5A/dm2，電壓為320V的微弧氧化工藝條件下進行微弧氧化，使待鍍件的表面形成一層致密的微弧氧化膜，微弧氧化電解液的組成如表1所示，將所得到的微弧氧化膜進行性能測試，結果如表2所示。實施例6耐磨劑、封孔劑與分散劑同時加入pH為10的基礎液中，加入后超聲振蕩30min，再將用鋁制成的待鍍件浸入盛有微弧氧化電解液的電解槽中，將待鍍件作為陽扱，不銹鋼板作為陰扱，在反應時間15min，電解液溫度為15°C，電流密度為12A/dm2，電壓為400V的微弧氧化工藝條件下進行微弧氧化，使待鍍件的表面形成一層致密的微弧氧化膜，微弧氧化電解液的組成如表1所示，將所得到的微弧氧化膜進行性能測試，結果如表2所示。實施例7耐磨劑、封孔劑與分散劑同時加入pH為12的基礎液中，加入后超聲振蕩30min，再將用鋁合金制成的待鍍件浸入盛有微弧氧化電解液的電解槽中，將待鍍件作為陽極，不銹鋼板作為陰扱，在反應時間5min，電解液溫度為40°C，電流密度為5A/dm2，電壓為150V的微弧氧化工藝條件下進行微弧氧化，使待鍍件的表面形成一層致密的微弧氧化膜，微弧氧化電解液的組成如表1所示，將所得到的微弧氧化膜進行性能測試，結果如表2所示。實施例8耐磨劑、封孔劑與分散劑同時加入pH為10的基礎液中，加入后超聲振蕩20min， 再將用鋁合金制成的待鍍件浸入盛有微弧氧化電解液的電解槽中，將待鍍件作為陽極，不銹鋼板作為陰扱，在反應時間30min，電解液溫度為30°C，電流密度為15A/dm2，電壓為300V 的微弧氧化工藝條件下進行微弧氧化，使待鍍件的表面形成一層致密的微弧氧化膜，微弧氧化電解液的組成如表1所示，將所得到的微弧氧化膜進行性能測試，結果如表2所示。性能測試包括(1)表面粗糙度測試用粗糙度測試儀(上海蔡康光學儀器有限公司，JB-3C)的劃針在エ件表面移動一段距離，通過與劃針連接的微機處理器將劃針走出的波形放大并測量其波峰與波谷的間距，由指示表讀出エ件的表面粗糙度Ra值，Ra越小，說明氧化陶瓷膜的粗糙度越小，表面越光滑。(2)耐磨性測試用RCA紙帶耐磨儀(F350008)，在180克カ下摩擦エ件表面的微弧氧化膜層，磨至露出エ件材料表面吋，記錄橡膠輪轉動的圈數，圈數越多說明陶瓷膜層耐磨性越好。(3)鉛筆硬度測試按照ASTM D3363，負荷80克，鉛筆三菱UNI，用鉛筆硬度計 F13002，將安裝好的鉛筆硬度計放在陶瓷膜層表面向前推動，依鉛筆硬度的順序由硬到軟逐步測試，以肉眼觀察樣本表面是否刮傷直到筆尖完全不會刮傷エ件陶瓷膜層表面為止， 此時鉛筆的硬度即代表陶瓷膜層的硬度。(4)中性鹽霧腐蝕測試將エ件置于鹽霧腐蝕箱內(上海源正實驗儀器有限公司， FQY050)，在35°C下用濃度為5士0. 5重量％的氯化鈉水溶液在エ件表面的微弧氧化膜層連續噴霧48小時，然后取出進行觀察，并記錄表面的腐蝕面積占膜層總面積的百分含量作為鹽霧腐蝕比例，比例越小，說明耐腐蝕性越好。表1各實施例的微弧氧化電解液中各組分及其含量
權利要求
1.一種微弧氧化電解液，其特征是，包括以下組分基礎液、耐磨劑、封孔劑與分散劑， 所述的基礎液為PH為8-12的磷酸鹽、硅酸鹽水溶液，所述的耐磨劑為石墨粉體，所述的封孔劑為ニ氧化硅粉體或氧化鋁粉體，所述的分散劑為聚氧化乙烯烷基酚醚。
2.根據權利要求1所述的微弧氧化電解液，其特征是，所述的耐磨劑粒徑為1-10μ m， 所述的封孔劑粒徑為5-20nm，微弧氧化電解液中，耐磨劑的重量百分比為3%_5%，封孔劑的重量百分比為1%_3%，分散劑的濃度為0. 2-0. 5 g/L。
3.根據權利要求1所述的微弧氧化電解液，其特征是，所述的磷酸鹽為三偏磷酸鈉、 六偏磷酸鈉、三聚磷酸鈉、多聚磷酸鈉、磷酸鈉中的一種或幾種，所述的硅酸鹽為硅酸鈉和/ 或硅酸鉀，微弧氧化電解液中，磷酸鹽的總濃度為8 -12 g/L，硅酸鹽的總濃度為10-15 g/
4.根據權利要求1所述的微弧氧化電解液，其特征是，所述的微弧氧化電解液中還包括添加剤，所述的添加劑包括穩定劑、絡合剤，所述的穩定劑為丙三醇和/或乙ニ醇，所述的絡合劑為乙ニ胺四乙酸和/或檸檬酸鈉，微弧氧化電解液中，穩定劑的總濃度為0. 1-0. 5 g/L，絡合劑的總濃度為0. 1-0. 5 g/L。
5.ー種微弧氧化方法，其特征是，將輕金屬待鍍件浸入盛有如權利要求1至4中任ー項所述的微弧氧化電解液的電解槽中，待鍍件作為陽扱，不銹鋼板作為陰扱，在微弧氧化條件下使待鍍件表面形成致密厚度的微弧氧化膜。
6.根據權利要求5所述的微弧氧化方法，其特征是，所述的微弧氧化條件為反應時間 5-30 min,電解液溫度為15_40°C，電流密度為5_15A/dm2，電壓范圍為150 - 550 V。
7.根據權利要求5所述的微弧氧化方法，其特征是，所述的耐磨劑、封孔劑與分散劑同時加入基礎液中，加入后超聲振蕩20-30 min。
8.根據權利要求5所述的微弧氧化方法，其特征是，所述的輕金屬待鍍件的材料為鎂
全文摘要
本發明公開了一種微弧氧化電解液及微弧氧化方法，所述的微弧氧化電解液包括以下組分基礎液、耐磨劑、封孔劑與分散劑，所述的基礎液為pH為8-12的磷酸鹽、硅酸鹽水溶液，所述的耐磨劑為石墨粉體，所述的封孔劑為二氧化硅粉體或氧化鋁粉體，所述的分散劑為聚氧化乙烯烷基酚醚，所述的微弧氧化電解液組成簡單，易于控制，采用本發明的微弧氧化電解液對輕金屬待鍍件進行微弧氧化，直接在微弧氧化的過程中進行封孔，無需后處理進行封孔，工藝簡單，且得到的微弧氧化膜層硬度高，耐磨性、耐腐蝕性好。
文檔編號C25D11/00GK102560591SQ20111039230
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月1日 優先權日2011年12月1日
發明者劉強, 姚再起, 李志華, 李莉, 王春斌, 趙福全, 馬芳武 申請人:浙江吉利控股集團有限公司, 浙江吉利汽車研究院有限公司