一種鎂合金表面陶瓷膜層的制備方法及封孔方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于鎂合金表面處理技術領域，具體是一種采用抑弧氧化的方法在鎂合金 材料表面制備陶瓷膜層并對該陶瓷膜層進行封孔處理的方法。
【背景技術】
[0002] 鎂合金是實際應用中最輕的金屬結構材料(其密度是鋼鐵的1/4,鋁合金的2/3)， 它具有比重輕、比強度和比剛度高、阻尼減震性能強、導熱性能好、抗沖擊性能好、電磁屏蔽 能力強及容易回收利用等優點。作為新一代綠色、高強度、輕質金屬結構材料，鎂合金在汽 車工業、航空航天、武器裝備及計算機、通信產品及消費類3C電子產品領域具有一些其它 材料無法比擬的優勢。
[0003] 但是鎂的化學性質活潑，自然生成的表面氧化膜耐蝕性差，起不到保護作用，使其 應用受到了很大的限制，需要進行有效的防護處理。微弧氧化技術是有效解決鎂合金腐蝕 問題的技術方法之一，為鎂合金的開發與應用提供了技術保障。但是微弧氧化技術在鎂合 金表面制備的陶瓷膜層具有多孔性，有些孔隙甚至從膜層表面直達鎂合金基體表面；因為 這些孔隙的存在，腐蝕介質會穿透這些孔隙到達被保護的鎂合金基體表面，并對基體表面 產生腐蝕，這種小孔腐蝕會加快金屬基體的局部腐蝕速度，同時腐蝕產物在金屬基體與膜 層的界面集聚，會使陶瓷層龜裂、脫落，最終導致膜層失效。因此在實際應用過程中，為提高 陶瓷膜層的性能，必須對膜層進行封孔處理。對微弧氧化膜層進行封孔處理的技術工藝有 有機涂層涂覆工藝、溶膠_凝膠技術等。
[0004] 中國專利200810303802. 4提出以含有硅酸乙酯的溶膠體作為封孔劑，采用浸漬 的方法對微弧氧化進行封孔，封孔劑中硅酸乙酯、無水乙醇、濃氨水及去離子水的體積比為 2~4:25~35:0. 5~1. 5:5~12,同時在封孔劑中添加質量含量0. 1%表面活性劑，以提高 封孔劑對膜層的浸滲性能。中國專利200810303815. 1提出一種以高含氫硅油與異丙醇、甲 苯、二甲苯、丙酮中的一種或多種稀釋劑的混合物為封孔劑，采用涂抹的方式對微弧氧化膜 層進行封孔處理。中國專利201210357957. 2提出一種以含有5~15g/l硅酸鈉、2~8g/ 1鎳鹽、0. 1~2g/l促進劑的溶液為封孔液，采用浸泡的方式在常溫下對微弧氧化膜層進行 封孔。中國專利201010565212. 6提出以有機醇水解法制備出的Si02溶膠為封孔液，采用一 種浸漬-提拉法對鎂合金微弧氧化膜層進行封孔的技術方法。中國專利201310100579. 4提 出一種鋁合金微弧氧化膜層封孔方法，封孔膠體積配比為正硅酸乙酯：無水乙醇：硅烷偶 聯劑：去離子水=4~6:8-12:1~2:2~3,將微弧氧化后的鋁合金試樣放入丙酮中超聲波 清洗除油，吹干后在去離子水中清洗，吹干，將封閉膠用超聲波振動，將處理后的試樣放入 封閉膠中繼續超聲波振動1~5分鐘，取出后室溫固化18~36小時候放入烤箱，在100°C~ 120°C下烘烤1~2小時，隨爐冷卻后得到封閉后的試樣。中國專利200910186798. 2提出了 一種將鎂合金弧氧化膜層置于由4g/l氫氧化鈉和12g/l植酸組成的溶液中進行封孔的方 法。上述封孔方法主要是針對鋁合金微弧氧化膜層，膜層的封孔深度較淺，效果難以保證。
[0005] 另外，中國專利200810303793. 9提出以聚酯系甲基丙烯酸單體含浸液作為封孔 劑，采用真空浸滲的方法對鋁合金微弧氧化膜層進行封孔。采用真空浸滲的方法能有效的 使浸滲劑滲入微弧氧化膜膜孔中，但是以有機單體作為封孔劑，耐高溫性能差。中國專利 201110288402. 2提出一種以有機硅原液與質量濃度為95%以上的酒精按照5:1~10:1質 量比混合液為封孔劑，先用丙酮對鋁合金微弧氧化膜層進行去污除油，再用50°C~60°C蒸 餾水超聲振動清洗，然后將鋁合金微弧氧化試樣放入耐壓容器中，密封并抽真空，再注入封 閉劑淹沒試樣，然后解除真空，再將試樣置于保溫爐中在120°C~150°C中保溫15~30分 鐘，該工藝過程需加壓，設備要求高，工藝比較復雜，浸滲液中酒精易揮發。
[0006] 針對上述情況，需要研發出一種簡單易行的鎂合金陶瓷膜層及封孔工藝方法，解 決鎂合金表面的腐蝕防護問題。
【發明內容】
[0007] 本發明所要解決的第一個技術問題是提供一種工藝簡單、成膜效果好的鎂合金表 面陶瓷膜層的制備方法，制得的膜層耐蝕性性能好，成本較低。
[0008] 本發明所要解決的第二個技術問題是提供一種鎂合金表面陶瓷膜層的封孔方法， 工藝簡單易操作，有效提高膜層的耐蝕、耐磨性能。
[0009] 本發明解決上述第一個技術問題所采用的技術方案為：一種鎂合金表面陶瓷膜層 的制備方法，其特征在于包括以下步驟：
[0010] 1)按以下組成配置電解液：
[0011]
【主權項】
1. 一種鎂合金表面陶瓷膜層的制備方法，其特征在于包括以下步驟： 1) 按以下組成配置電解液： 陰離子：P〇43- 0 15-0 25 mol/1, F- 0.~0.5mol/l: 陽離子：NH4+ 0.75 ~1.2mol/l; K+或]Sia+ 0 ~0.4mol/l; 穩定劑： 0.25 ~0.5mol/l; 2) 將鎂合金工件置入氧化槽中作為陽極，不銹鋼板作為陰極，采用直流或脈沖電流進 行抑弧氧化，電流密度為〇. 5~4A/dm2,氧化電壓250~450V，采用壓縮空氣攪拌，氧化溫 度10~25°C，氧化時間2~60分鐘； 3) 取出工件，用清水漂洗，再用壓縮空氣吹干表面水分，即在鎂合金表面氧化生成了陶 瓷膜層。
2. 根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述穩定劑為三乙醇胺、甘油或烏洛 托品中的一種或幾種。
3. 根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述鎂合金工件在氧化前根據需要 進行脫脂、酸洗或噴砂處理，其中脫脂采用堿性脫脂劑，酸洗采用質量濃度5~10%HN0 3溶 液或30~40g/lH3P04溶液，常溫浸泡30~60秒；噴砂是使用玻璃砂或陶瓷砂，粒徑100~ 220目，噴砂壓力0· 3~0· 6MPa。
4. 根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述步驟3)中的氧化采用脈沖電流 時，頻率50~2000Hz，占空比10%~80%。
5. -種根據權利要求1制備的鎂合金表面陶瓷膜層的封孔方法，其特征在于：容器中 添加足量的封孔液至浸沒工件，將上述氧化好的鎂合金工件懸置于該盛有封孔液的容器 中，不要浸入浸滲液中，對容器密封抽真空，然后將工件浸沒于浸滲液中，繼續抽真空，使容 器內達到或接近絕對真空；也可以將氧化好的工件直接浸沒于浸滲液中，抽真空，使容器內 達到或接近絕對真空；保持4~6分鐘后打開放氣閥，使容器內恢復正常氣壓，再保持4~ 6分鐘后打開容器，取出工件甩干后在烘箱中固化，固化后取出冷卻即可。
6. 根據權利要求5所述的封孔方法，其特征在于：所述封孔液為納米SiO2分散液，納 米SiO2的粒徑為10~lOOnm，分散劑為異丙醇或聚乙二醇，其中納米SiO 2的質量百分比為 10% ~40%。
7. 根據權利要求5所述的封孔方法，其特征在于：所述固化的溫度為90~180°C，固化 時間10~40分鐘。
【專利摘要】一種鎂合金表面陶瓷膜層的制備及封孔方法，步驟：配置電解液：陰離子：PO43- 0.15～0.25mol/l；F- 0～0.5mol/l；陽離子：NH4+ 0.75～1.2mol/l；K+或Na+ 0～0.4mol/l；穩定劑0.25～0.5mol/l；將鎂合金工件作為陽極，不銹鋼板作為陰極，采用直流或脈沖電流進行抑弧氧化，得到陶瓷膜層。本發明采用抑弧氧化的方法對鎂合金工件進行氧化處理，使得膜層表面光潔，成膜速度快，膜層致密性好，耐蝕性能大幅提高，且制備成本較低；采用納米SiO2分散液作為封孔劑并結合真空浸滲技術，使得封孔后的陶瓷膜層具有較好的耐蝕、耐磨、耐熱、抗污等性能，具有工藝簡單、易操作的特點，有效提高鎂合金表面的腐蝕防護性能，同時封孔技術還可用于鋁、鈦的輕合金微弧氧化膜層及熱噴涂涂層、電鍍鍍層的封孔處理。
【IPC分類】C25D11-30
【公開號】CN104651908
【申請號】CN201310606075
【發明人】魯闖, 朱利萍, 楊潤田, 王志鋒, 唐緯虹, 賀勇
【申請人】中國兵器科學研究院寧波分院
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2013年11月25日