微弧氧化層表面封孔液、封孔方法及復(fù)合材料與流程

本發(fā)明涉及一種表面封孔液、封孔方法及復(fù)合材料，具體地涉及一種微弧氧化層表面封孔液、封孔方法及復(fù)合材料。

背景技術(shù)：

1、鎂及鎂合金具有密度小、比強(qiáng)度和比剛度高、阻尼減震性和電磁屏蔽性能好、容易機(jī)械加工和回收利用的優(yōu)點(diǎn)。例如，鎂合金是目前最輕的合金結(jié)構(gòu)材料，鎂合金密度約為鋁合金的2/3，鋼鐵的1/4；與此同時(shí)，散熱性能上鎂比鋼高近1倍，是塑料的10倍。這些工業(yè)特性以及其在自然環(huán)境中的豐富儲(chǔ)量使其具備廣泛的應(yīng)用潛力。在航空航天、汽車(chē)工業(yè)、電子信息、建筑、醫(yī)療等領(lǐng)域有著其它材料無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。特別是，近年來(lái)伴隨我國(guó)新能源汽車(chē)工業(yè)的飛速發(fā)展及汽車(chē)輕量化研究，更為鎂合金的應(yīng)用帶來(lái)廣闊市場(chǎng)。但是鎂的化學(xué)性質(zhì)活潑，其自然形成的氧化層相比鋁合金而言，無(wú)法起到很好的保護(hù)效果，耐腐蝕性和耐磨性都較差，這些缺點(diǎn)都限制了鎂和鎂合金的使用。因此，需要對(duì)其進(jìn)行表面處理，讓其在更多領(lǐng)域發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。

2、當(dāng)前應(yīng)用比較多的表面處理方法有電鍍、陽(yáng)極氧化、微弧氧化、激光處理、磷化電泳等，其中陽(yáng)極氧化得到的表面處理氧化層較薄，耐蝕性并未顯著提高，而且處理液污染大，不能很好的滿(mǎn)足要求；電鍍和磷化電泳存在污染大，復(fù)雜和效果不好等缺點(diǎn)，限制了其應(yīng)用；激光處理成本高，難以大規(guī)模應(yīng)用。

3、相對(duì)于此，微弧氧化通過(guò)高電壓的作用，發(fā)生等離子放電，形成高溫，鎂合金基體與溶液的氧以冶金結(jié)合的方式形成陶瓷氧化層，厚度大，硬度高，相比其他工藝可以更加有效的提升鎂合金的耐腐蝕性。但是在微弧氧化過(guò)程中，形成的氧化層呈現(xiàn)出多孔的形式，腐蝕介質(zhì)容易通過(guò)這些微孔與鎂合金的基體產(chǎn)生接觸，進(jìn)而造成基體的腐蝕。由此，孔隙附近的腐蝕速度會(huì)增加，產(chǎn)生的生成物還會(huì)在陶瓷氧化層與金屬基體之間積聚，導(dǎo)致原本的陶瓷氧化層發(fā)生開(kāi)裂和脫落。因此，在實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用之中，還需要對(duì)微弧氧化的陶瓷氧化層進(jìn)行封孔處理，來(lái)進(jìn)一步提升耐腐蝕性能。

4、當(dāng)前對(duì)于微弧氧化封孔的處理工藝主要有：1.沸水封孔，2.樹(shù)脂、石蠟等有機(jī)物固化封孔；3.無(wú)機(jī)鹽類(lèi)封孔，4.溶膠凝膠、自封孔等。

5、中國(guó)專(zhuān)利cn201510076185.9提出了一種簡(jiǎn)單有效的鎂合金微弧氧化膜封孔方法，首先配置pvdf溶液，然后加入原硅酸鈉、氫氧化鉀或氫氧化鈉，再選擇性加入過(guò)氧化二苯甲酰(bpo)和二乙烯苯dvb，在30℃下攪拌反應(yīng)一段時(shí)間，過(guò)濾得到濾液。將表面鍍有微弧氧化膜的鎂合金樣品在上述濾液中浸泡一定時(shí)間后，取出并置于烘箱中干燥得到封孔后樣品。該方法設(shè)備投資大，成本高，同時(shí)封孔效果不好，保護(hù)時(shí)間短，耐熱性差

6、中國(guó)專(zhuān)利cn201210357957.2提出一種以含有5～15g/l硅酸鈉、2～8g/l鎳鹽、0.1～2g/l促進(jìn)劑的溶液為封孔液，采用浸泡的方式在常溫下對(duì)微弧氧化膜層進(jìn)行封孔。該方法中，化學(xué)試劑多，配置復(fù)雜，容易造成環(huán)境污染且危害人們身體，常溫封孔效果不明顯。

7、中國(guó)專(zhuān)利cn201711243919.3提出了一種鎂合金微弧氧化表面陶瓷氧化層的封孔方法，其封孔液配比是：硬脂酸鈉5～30份，偏鋁酸鈉5～20份，十二烷基苯磺酸鈉1～5份，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98％的乙醇20～50份，去離子水20～50份。其將鎂合金工件浸泡在封孔液中，封孔溫度25～30℃，浸泡時(shí)間1～5h。該方法工藝要求高，工藝比較復(fù)雜，浸滲液中酒精易揮發(fā)，從而難以保證封孔效果。

8、中國(guó)專(zhuān)利cn202010843617.5提出一種鋁合金陽(yáng)極氧化無(wú)氟無(wú)鎳的石墨烯封孔方法，包括：氧化石墨烯40～50份、異氰酸酯10～20份、丙烯酰胺2～10份、環(huán)氧樹(shù)脂15～25份、片狀鋁粉2～5份、十二烷基磺酸鈉5～10份、固化劑5～10份、有機(jī)酸5～10份、阻燃劑5～10份、無(wú)水乙醇10～20份、水20～30份。該封孔劑主要用于鋁合金的陽(yáng)極氧化，且溶液配比復(fù)雜，雖不含鎳，但多為有機(jī)溶劑，且添加酒精易揮發(fā)。

9、具體可參考下表。

10、

11、針對(duì)目前技術(shù)存在的不足之處，需要尋找一種新的封孔工藝，在低成本、工藝流程簡(jiǎn)潔易于工業(yè)化、對(duì)環(huán)境和人體無(wú)危害的情況下，還具有很好的封孔效果和更久的保護(hù)時(shí)間，有效提高鎂和鎂合金微弧氧化處理后的耐蝕性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述課題，本發(fā)明提供了一種微弧氧化層表面封孔液、封孔方法，不僅可以提高鎂合金等微弧氧化層表面的封孔效果，封孔工藝操作簡(jiǎn)便，而且材料易于獲得且對(duì)環(huán)境和人體的污染和危害較低，可以充分改進(jìn)現(xiàn)有的鎂合金微弧氧化工藝，實(shí)現(xiàn)極佳的耐腐蝕性能。進(jìn)一步地，本發(fā)明還提供一種具有來(lái)源于本發(fā)明的微弧氧化層表面封孔液封孔材料的復(fù)合材料。

2、本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式涉及微弧氧化層表面封孔液，其特征在于，含有：選自硅酸鹽、碳酸鹽、磷酸鹽或硫酸鹽中的至少一種的無(wú)機(jī)鹽，以及氧化石墨烯。

3、優(yōu)選地，相對(duì)于微弧氧化層表面封孔液總量，所述無(wú)機(jī)鹽的含量為0.5～5.0質(zhì)量％，更優(yōu)選為1.0～3.5質(zhì)量％，所述氧化石墨烯的含量為0.1～0.5質(zhì)量％，更優(yōu)選為0.2～0.3質(zhì)量％。在含有多種無(wú)機(jī)鹽的情況下，該含量系各無(wú)機(jī)鹽的總含量。優(yōu)選地，所述無(wú)機(jī)鹽包含硅酸鈉和/或磷酸鋁。

4、優(yōu)選地，微弧氧化層表面封孔液還含有分散介質(zhì)，相對(duì)于微弧氧化層表面封孔液的總量，分散介質(zhì)的含量為80～99質(zhì)量％，優(yōu)選為90～98質(zhì)量％，進(jìn)一步優(yōu)選為95～97質(zhì)量％。

5、優(yōu)選地，所述分散介質(zhì)為水。

6、優(yōu)選地，所述微弧氧化層為鎂或鎂合金表面的微弧氧化層。

7、本發(fā)明的另一實(shí)施方式涉及微弧氧化層表面封孔方法，其特征在于，包括：將表面具備微弧氧化層的材料浸沒(méi)于上述封孔液中的浸沒(méi)工序。

8、優(yōu)選地，浸沒(méi)工序的溫度為20～30℃，時(shí)間為10～15分鐘。

9、優(yōu)選地，所述浸沒(méi)工序后，將材料對(duì)材料進(jìn)行加熱固化的工序，加熱溫度為90～120℃，時(shí)間為30～60分鐘。

10、優(yōu)選地，在所述浸沒(méi)工序前，依次用純水、無(wú)水乙醇清洗并吹干干燥的預(yù)處理工序。

11、優(yōu)選地，所述表面具備微弧氧化層的材料為鎂或鎂合金。

12、本發(fā)明的另一實(shí)施方式涉及復(fù)合材料，其特征在于，具備：金屬基材，形成于金屬基材上的微弧氧化層，所述微弧氧化層的表面及微孔中覆有封孔材料，所述封孔材料來(lái)源于上述微弧氧化層表面封孔液。

13、優(yōu)選地，所述金屬基材為鎂或鎂合金。

14、與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于：本發(fā)明的微弧氧化層表面封孔液通過(guò)同時(shí)含有特定無(wú)機(jī)鹽和石墨烯，可與基體及微弧氧化層結(jié)合良好，提供致密、平整的表面，有效阻隔了腐蝕性物質(zhì)進(jìn)入金屬基體內(nèi)部，從而提高鎂合金的耐蝕性。同時(shí)，不改變陶瓷氧化膜層表面的陶瓷質(zhì)感，提高了鎂合金等微弧氧化膜層的硬度，具有較好的耐磨、耐熱、抗污等性能。本發(fā)明具有制備工藝簡(jiǎn)單，封孔液易配比，操作方便，可以有效提升鎂合金等表面的防護(hù)能力。

技術(shù)特征：

1.一種微弧氧化層表面封孔液，其特征在于，含有：選自硅酸鹽、碳酸鹽、磷酸鹽或硫酸鹽中的至少一種無(wú)機(jī)鹽，以及氧化石墨烯。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微弧氧化層表面封孔液，其中，相對(duì)于微弧氧化層表面封孔液總量，所述無(wú)機(jī)鹽的含量為0.5～5.0質(zhì)量％。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微弧氧化層表面封孔液，其中，相對(duì)于微弧氧化層表面封孔液總量，所述氧化石墨烯的含量為0.1～0.5質(zhì)量％。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微弧氧化層表面封孔液，其中，所述無(wú)機(jī)鹽包含硅酸鈉和/或磷酸鋁。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微弧氧化層表面封孔液，其中，還含有分散介質(zhì)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的微弧氧化層表面封孔液，其中，相對(duì)于微弧氧化層表面封孔液的總量，分散介質(zhì)的含量為90～98質(zhì)量％。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的微弧氧化層表面封孔液，其中，所述分散介質(zhì)為水。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微弧氧化層表面封孔液，其中，所述微弧氧化層為鎂或鎂合金表面的微弧氧化層。

9.一種微弧氧化層表面封孔方法，其特征在于，包括：將表面具備微弧氧化層的材料浸沒(méi)于權(quán)利要求1～8中任一項(xiàng)所述的封孔液中的浸沒(méi)工序。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的微弧氧化層表面封孔方法，其中，浸沒(méi)工序的溫度為20～30℃，時(shí)間為10～15分鐘。

11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的微弧氧化層表面封孔方法，其中，進(jìn)一步包括以下工序：所述浸沒(méi)工序后，對(duì)材料進(jìn)行加熱固化的工序，加熱溫度為90～120℃，時(shí)間為30～60分鐘。

12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的微弧氧化層表面封孔方法，其中，進(jìn)一步包括以下工序：在所述浸沒(méi)工序前，依次用純水、無(wú)水乙醇清洗材料并吹干干燥的預(yù)處理工序。

13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的微弧氧化層表面封孔方法，其中，所述表面具備微弧氧化層的材料為鎂或鎂合金。

14.一種復(fù)合材料，其特征在于，具備：金屬基材，形成于金屬基材上的微弧氧化層，且所述微弧氧化層的表面及微孔中覆有封孔材料，所述封孔材料來(lái)源于權(quán)利要求1～8中任一項(xiàng)所述的微弧氧化層表面封孔液。

15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的復(fù)合材料，所述金屬基材為鎂或鎂合金。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種微弧氧化層表面封孔液、封孔方法及復(fù)合材料。其中，微弧氧化層表面封孔液含有：選自硅酸鹽、碳酸鹽、磷酸鹽或硫酸鹽中的至少一種無(wú)機(jī)鹽，以及氧化石墨烯。本發(fā)明具有制備工藝簡(jiǎn)單，封孔液易配比，操作方便，可以有效提升鎂合金等表面的耐腐蝕性和長(zhǎng)期耐腐蝕性。

技術(shù)研發(fā)人員：趙文濤,徐海嵩
受保護(hù)的技術(shù)使用者：株式會(huì)社日立制作所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/31