一種鎂合金表面抗連接腐蝕微弧氧化層的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明闡述了一種鎂合金表面抗連接腐蝕微弧氧化層的制備方法。制備的鎂合金微弧氧化層使鎂鋁合金間接觸時(shí)具有良好的抗連接腐蝕性能。其制備方法：（1）鎂合金試件表面預(yù)處理；（2）配制硅酸鹽系電解液；（3）微弧氧化處理。本發(fā)明制備的鎂合金微弧氧化層，膜厚20±2μm，粗糙度2.0±0.2μm，表面微孔分布均勻，按照GB/T10125-1997《人造氣氛腐蝕試驗(yàn)鹽霧試驗(yàn)》的規(guī)定，進(jìn)行和鋁合金緊密接觸的鹽霧腐蝕試驗(yàn)，耐連接腐蝕時(shí)間達(dá)到144小時(shí)，顯著提高了鎂鋁合金間抗連接腐蝕性能。
【專利說(shuō)明】一種鎂合金表面抗連接腐蝕微弧氧化層的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鎂合金表面防腐【技術(shù)領(lǐng)域】，具體說(shuō)是一種鎂合金表面抗連接腐蝕微弧氧化層的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鎂合金比重小，比強(qiáng)度和比剛度高，導(dǎo)熱導(dǎo)電性能好等良好的綜合性能，且資源豐富，價(jià)格適中，在汽車、航空航天、武器裝備、計(jì)算機(jī)、通信產(chǎn)品及3C電子產(chǎn)品等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。但是腐蝕問題一直限制著鎂合金的應(yīng)用。通常情況下，鎂合金零部件多與其它較高電位的金屬(如鋁合金)配套使用，鎂由于較低的電極電位，形成的連接腐蝕(包括電偶腐蝕和縫隙腐蝕)會(huì)更加劇其腐蝕破壞。目前，工業(yè)上普遍采用的方式是對(duì)鎂合金表面進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚?，以防止其與異種金屬接觸時(shí)發(fā)生嚴(yán)重的連接腐蝕。其中，通過微弧氧化表面處理方法，可在鎂合金表面制備一層致密、高阻抗且與基體結(jié)合性能良好的陶瓷層，大大提高鎂合金抗連接腐蝕的能力，推廣鎂合金應(yīng)用前景和范圍。但現(xiàn)有的鎂合金微弧氧化技術(shù)存在某些缺陷，如:發(fā)明專利CN1369577A，其鎂合金表面微弧氧化陶瓷膜不均勻且耐蝕性差，而且電解液的比熱容小，微弧氧化過程耗能較多。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，解決鎂合金在與其他較高電位的金屬配套使用時(shí)發(fā)生的連接腐蝕問題，提供了一種鎂合金表面抗連接腐蝕微弧氧化層的制備方法，可顯著提高鎂鋁合金間抗連接腐蝕能力。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是設(shè)計(jì)一種鎂合金表面抗連接腐蝕微弧氧化層的制備方法:
[0005]步驟一，對(duì)鎂合金試件表面預(yù)處理；
[0006]首先使用水砂紙打磨鎂合金試件表面，去除表面粘附雜質(zhì)；
[0007]然后按照清洗順序依次使用石油醚、正己烷、丙酮、甲醇等化學(xué)試劑對(duì)鎂合金試件表面分別超聲波清洗5min，去除表面機(jī)械加工殘余油潰、油污；
[0008]最后將鎂合金試件放入干燥箱中烘干。
[0009]步驟二，配制硅酸鹽系電解液；
[0010]在去離子水中，依次加入硅酸鹽、氟化鹽等化學(xué)試劑，充分?jǐn)嚢枞芙夂螅尤霘溲趸浾{(diào)整pH至8~10，配成微弧氧化用硅酸鹽系電解液。
[0011 ] 步驟三，微弧氧化處理；
[0012]將步驟一中預(yù)處理過的鎂合金試件放入步驟二的硅酸鹽系電解液中進(jìn)行微弧氧化處理，鎂合金試件作為陽(yáng)極，不銹鋼板作為陰極，微弧氧化電源采用單項(xiàng)正脈沖模式，起弧電壓從100V逐漸升至500V，電流在I~IOA之間，脈沖頻率為350~500Hz，占空比為5~25%，處理時(shí)間為5~20min ;整個(gè)微弧氧化處理過程中，采用循環(huán)冷卻系統(tǒng)控制電解液的溫度在45°C以下。[0013]微弧氧化處理后，將鎂合金試件從電解液中取出，使用去離子水超聲清洗5min，待沖洗干凈后放入干燥箱升溫至80°C烘干，即可得到膜層均勻，結(jié)構(gòu)致密，表面較光潔，顏色呈現(xiàn)白色的微弧氧化陶瓷層。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果在于:
[0015] 一、經(jīng)過微弧氧化處理得到微弧氧化層，膜層均勻，厚度在20±0.2μπι范圍內(nèi)，與基體結(jié)合強(qiáng)度高，附著力> 14Ν，表面微孔大小一致，分布均勻，孔徑大小在0.5~2.0 μ m范圍內(nèi)，制備工藝簡(jiǎn)單，易于操作，電解液成分性能穩(wěn)定，在鹽霧腐蝕試驗(yàn)下，微弧氧化層耐腐蝕性能得到大大提高，其與鋁合金耐連接腐蝕時(shí)間達(dá)到144小時(shí)，顯著提高了鎂鋁合金間抗連接腐蝕能力。
[0016]二、在步驟一中，使用不同砂粒數(shù)的水砂紙依次打磨鎂合金試件表面去除粘附雜質(zhì)等表面異物的同時(shí)，還可以打磨掉其表面毛刺，降低表面粗糙度，為下一步清洗提供光潔表面。本清洗方法是有機(jī)溶劑脫脂去油法，并根據(jù)“相似相容”原理安排清洗順序。石油醚、正己烷屬于非極性溶劑，先用來(lái)溶解機(jī)械加工殘余油潰油污、潤(rùn)滑劑中非極性分子，再使用丙酮、甲醇等強(qiáng)極性溶劑溶解剩余油污油潰中的極性分子，極性越接近的化學(xué)物質(zhì)越能相互溶解。這種針對(duì)不同極性與非極性分子構(gòu)成的油污油潰，選用相應(yīng)溶劑并安裝一定順序的清洗方法比其他清洗方式更優(yōu)異，清洗效果更好，而且這幾種清洗溶劑在烘干過程中迅速揮發(fā)，不會(huì)殘留在試件表面。因此預(yù)處理方法去除雜質(zhì)能力強(qiáng)，清洗效果好，且清洗后干凈無(wú)殘留。
[0017]三、在步驟二中，所配制的硅酸鹽系電解液不含對(duì)人體和環(huán)境危害巨大的Cr6+等重金屬離子，電解液性能穩(wěn)定，不含易分解成分，不會(huì)隨微弧氧化制備進(jìn)行而成分消耗，可以多次重復(fù)使用。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步描述，以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0020]如圖1所示，本發(fā)明具體實(shí)施的技術(shù)方案是:一種鎂合金表面抗連接腐蝕微弧氧化層的制備方法，試樣選用AZ31鎂合金，尺寸為30mmX30mmX6mm，其具體操作步驟為:[0021 ] (I)對(duì)鎂合金試件表面預(yù)處理；
[0022]使用500~1000#的水砂紙依次打磨鎂合金試樣表面，去除粘附雜質(zhì)等表面異物的同時(shí)，還可以打磨掉其表面毛刺，降低表面粗糙度，為下一步清洗提供光潔表面。
[0023]然后按照以下順序?qū)︽V合金試件表面進(jìn)行清洗:先將鎂合金試件放入石油醚超聲清洗5min，正己烷中超聲清洗5min后，再將其放入干燥箱中烘干，再使用甲醇超聲清洗5min后，將鎂合金試件放入甲醇/丙酮1:1混合溶劑中浸泡半個(gè)小時(shí)，達(dá)到去除其表面機(jī)械加工殘余的油潰、潤(rùn)滑劑、油污的目的；最后取出鎂合金試件放入干燥箱中烘干，表面預(yù)處理完成，即可進(jìn)行下一步操作。
[0024]( 2 )配制硅酸鹽系電解液；[0025]在去離子水中，按硅酸鈉5~20g/L、氟化鉀5~10g/L、氟化鈉5~10g/L的分量加入相應(yīng)量的化學(xué)試劑，再加入少量穩(wěn)定劑，充分?jǐn)嚢枞芙夂?，再緩慢加入適量的氫氧化鉀把pH調(diào)整至8~10，配成微弧氧化用硅酸鹽系電解液。
[0026](3)微弧氧化處理；
[0027]將表面預(yù)處理過的鎂合金試件用導(dǎo)電夾具安裝入微弧氧化電解槽中，鎂合金試件需全部浸入硅酸鹽系電解液內(nèi)，并距離液面至少IOcm深。微弧氧化處理時(shí)，鎂合金試件作為陽(yáng)極，不銹鋼板作陰極，微弧氧化電源采用單項(xiàng)正脈沖模式，起弧電壓不斷升高，從100V逐漸升至500V，電流范圍在I~IOA之間，脈沖頻率為350~500Hz，占空比為5%~25%，根據(jù)具體的膜層性能需要，處理時(shí)間一般控制在5~20min內(nèi)。整個(gè)微弧氧化處理過程中，采用循環(huán)冷卻系統(tǒng)控制電解液的溫度在45°C以下。微弧氧化處理后期，逐步降低電壓，降至350V時(shí)保持2~5min的收弧時(shí)間，收弧的目的是進(jìn)一步均勻膜層厚度、降低微觀表面粗糙度。
[0028]微弧氧化處理后，斷開電源，將鎂合金試件從電解液中取出，使用去離子水超聲清洗55min，待沖洗干凈后放入干燥箱升溫至80°C烘干，即可得到膜層均勻，結(jié)構(gòu)致密，表面較光潔，顏色呈現(xiàn)白色的微弧氧化陶瓷層。經(jīng)過渦流測(cè)厚儀(MiniTest4100)、薄膜綜合性能測(cè)試儀(CSM)，掃描電子顯微鏡(SEM)等設(shè)備檢測(cè)，此工藝制備得到的微弧氧化陶瓷層的膜層均勻，膜厚在20.0 ± 2.0 μ m范圍內(nèi)，粗糙度在2.0±0.2μπι范圍內(nèi)，與基體結(jié)合強(qiáng)度高，附著力> 14Ν，表面微孔大小一致，分布均勻，孔徑大小在0.5-2.Ομπι范圍內(nèi)。
[0029](4)鹽霧腐蝕試驗(yàn)；
[0030]根據(jù)GB/T10125-1997《人造氣氛腐蝕試驗(yàn)鹽霧試驗(yàn)》規(guī)定進(jìn)行鹽霧腐蝕試驗(yàn)。將微弧氧化處理過的ΑΖ31鎂合金試件和LY12鋁合金試件用螺栓螺母緊密連接起來(lái)，放入SST-9NL型鹽霧腐蝕試驗(yàn)箱中，鹽霧腐蝕環(huán)境溫度為30.(TC，腐蝕介質(zhì)是pH=5、NaCl濃度為10%的鹽霧腐蝕溶液。鹽霧箱中鎂鋁合金試件待測(cè)試表面與垂直方向盡可能成20°，試件不能接觸鹽霧箱體，而且試件之間的距離不影響鹽霧自由降落到被測(cè)試表面。
[0031]鹽霧腐蝕試驗(yàn)后，根據(jù)GB/T6461-2002《金屬基體上金屬覆蓋層經(jīng)腐蝕試驗(yàn)后的評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》和ASTM G149-97《傳導(dǎo)墊圈測(cè)試常壓下電蝕特性的標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)則》的規(guī)定，從表面腐蝕形貌，腐蝕失重速率，電偶腐蝕效應(yīng)等方面，評(píng)價(jià)鎂鋁合金間連接腐蝕情況。
[0032]沒有微弧氧化處理的鎂合金，與鋁合金連接放入鹽霧腐蝕環(huán)境中，不到24小時(shí)就已經(jīng)被腐蝕。而表面經(jīng)過微弧氧化處理后的鎂合金與鋁合金連接后放入相同鹽霧腐蝕環(huán)境，鎂合金表面微弧氧化層的耐連接腐蝕時(shí)間達(dá)到144小時(shí)，是未微弧氧化處理鎂鋁合金耐連接腐蝕時(shí)間的6倍；腐蝕失重速率，鎂合金表面微弧氧化層僅為未微弧氧化處理試件表面的1/10 ;電偶腐蝕效應(yīng)值，前者僅為后者的1/30。
[0033]由此可見本發(fā)明闡述的一種鎂合金表面抗連接腐蝕微弧氧化層的制備方法，顯著提高了鎂合金表面抗連接腐蝕能力，制備的鎂合金微弧氧化層使鎂鋁合金緊密連接時(shí)具有良好的抗連接腐蝕性能。
[0034] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種鎂合金表面抗連接腐蝕微弧氧化層的制備方法，其特征在于: 步驟一，對(duì)鎂合金試件表面預(yù)處理； 步驟二，配制硅酸鹽系電解液； 步驟三，將步驟一中預(yù)處理過的鎂合金試件放入步驟二的硅酸鹽系電解液中進(jìn)行微弧氧化處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎂合金表面抗連接腐蝕微弧氧化層的制備方法，其特征在于:在步驟一中，所述鎂合金試件表面預(yù)處理的方式為，首先使用水砂紙打磨鎂合金試件表面,去除表面粘附雜質(zhì)； 然后按照清洗順序依次使用石油醚、正己烷、丙酮、甲醇等化學(xué)試劑對(duì)鎂合金試件表面分別超聲波清洗5min，去除表面機(jī)械加工殘余油潰、油污； 最后將鎂合金試件放入干燥箱中烘干。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎂合金表面抗連接腐蝕微弧氧化層的制備方法，其特征在于:在步驟二中，所述配制硅酸鹽系電解液的方式為:在去離子水中，依次加入硅酸鹽、氟化鹽化學(xué)試劑，充分?jǐn)嚢枞芙夂螅尤霘溲趸浾{(diào)整pH至8~10，配成微弧氧化用硅酸鹽系電解液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎂合金表面抗連接腐蝕微弧氧化層的制備方法，其特征在于:在步驟三中，鎂合 金試件作為陽(yáng)極，不銹鋼板作為陰極，微弧氧化電源采用單項(xiàng)正脈沖模式，起弧電壓從100V逐漸升至500V，電流在I~IOA之間，脈沖頻率為350~500Hz，占空比為5~25%，處理時(shí)間為5~20min ;整個(gè)微弧氧化處理過程中，采用循環(huán)冷卻系統(tǒng)控制電解液的溫度在45°C以下。
【文檔編號(hào)】C25D11/30GK103938254SQ201410130837
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年4月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月2日
【發(fā)明者】鄭玉剛, 周暉, 胡漢軍, 張凱鋒, 萬(wàn)志華, 桑瑞鵬 申請(qǐng)人:蘭州空間技術(shù)物理研究所