本發(fā)明涉及金屬表面兼具防護及功能涂層的技術領域，具體涉及一種鎂合金表面兼具防護和裝飾黃色陶瓷層及其制備方法。

二、

背景技術：
：

金屬鎂比重輕、延展性好、環(huán)保性能強等優(yōu)勢使其在傳統(tǒng)工業(yè)領域上得到了廣泛的關注，使其逐漸成為結構和功能材料中的新寵，并且正在越來越多地走進普通人的生活，如3C產品上的廣泛應用。但是，鎂合金在產品中的應用受到限制，其主要原因是由于鎂的化學性質非常活潑，鎂標準電極電位為-2.37V，低于大多數常用金屬的電極電位。當其與這些金屬相接觸時就會形成腐蝕原電池，鎂在原電池當中充當有效陽極而發(fā)生電偶腐蝕，從而使構件產生膨脹和脫層，引起構件疲勞強度的下降，最終導致構件的過早失效。

表面改性技術是改善鎂及其合金性能的一個有效手段，目前最有發(fā)展?jié)摿Φ氖俏⒒⊙趸夹g。但鎂合金微弧氧化陶瓷層最為成熟的工藝是制備白色涂層，其電解液主要由硅酸鈉鹽組成，難以滿足3C產品的應用要求。雖然，研究學者已開展了鎂合金表面不同顏色微弧氧化層的制備方法研究，如高引慧等在Na₂SiO₃為主鹽的溶液中加入KMnO₄進行微弧氧化著色反應，得到了顏色均勻、致密性較好的黃色氧化膜陶瓷層。陳同環(huán)等研究結果表明，在KMnO₄為著色鹽的硅酸鹽體系電解液中進行微弧氧化反應，隨著溶液濃度的變化，膜層顏色按照淡黃色深黃色咖啡色變化。但KMnO₄在電解液中易分解而導致其穩(wěn)定性變差，難以滿足工業(yè)化大規(guī)模生產，且KMnO4作為氧化劑在微弧放電過程中存在安全隱患。

三、

技術實現要素：

本發(fā)明的技術目的是針對現有鎂合金表面微弧氧化涂層顏色單調，已開發(fā)的黃色微弧氧化陶瓷層制備工藝不穩(wěn)定且存在安全隱患的技術難題，提供一種鎂合金表面兼具防護和裝飾黃色陶瓷層及其制備方法，該陶瓷層具有較為優(yōu)異的防護性能，同時又具有陶瓷層的黃色可調，可促進以鎂合金作為基體，在3C及裝飾領域的應用。

為實現上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為：一種鎂合金表面兼具防護與裝飾的黃色微弧氧化陶瓷層，其特征在于：該陶瓷層由SnO₂摻雜MgO組成；利用微弧氧化技術，在錫酸鈉電解液體系中，通過調控電解液中錫酸鈉含量以及微弧氧化電參量，實現微弧氧化陶瓷層中Sn元素含量的調控，并在微弧氧化放電的高溫高壓作用下，形成SnO₂摻雜MgO的黃色微弧氧化陶瓷層。

所述錫酸鈉的濃度為2-30g/L，并添加5g/L硅酸鈉、10g/L氫氧化鉀和8g/L氟化鉀。

制備黃色微弧氧化陶瓷層的電參量為單脈沖輸出電壓為280～400V，頻率為400Hz，占空比為10％，氧化時間為5～30min。

一種鎂合金表面兼具防護與裝飾的黃色微弧氧化陶瓷層的制備方法包括如下步驟：

步驟1：對線切割的鎂合金試樣先經過除油除脂工藝后，然后經過不同水砂紙磨制，再經拋光后水洗以備微弧氧化處理；

步驟2：依據鎂合金微弧氧化電解液的選配原則選用化學試劑，配制錫酸鹽系微弧氧化電解液；

步驟3：采用直流脈沖微弧氧化電源，通過調整單脈沖輸出能量及氧化時間，使鎂合金表面形成厚度為5～30μm，Sn含量為0.5-10at.％的氧化鎂層。

與現有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和效果：

本發(fā)明以鎂合金材料為基體，在錫酸鈉電解液體系中，通過調控微弧氧化電參量，制備出SnO₂摻雜MgO的陶瓷層，其Sn含量為0.5-10at.％，厚度為5～30μm，具有優(yōu)異的防護性能，其優(yōu)異性能表現如下：

(1)通過調控電解液中錫酸鈉的濃度，可在鎂合金表面簡易、穩(wěn)定制備出黃色微弧氧化陶瓷層，顏色可由淡黃色到深黃色變化；

(2)深黃色微弧氧化陶瓷層的腐蝕電流密度可顯著低于鎂基表面白色微弧氧化陶瓷層，增強了涂層對鎂基體的防護性能。

本發(fā)明鎂合金表面兼具防護和裝飾黃色陶瓷層的L值和b值可分別達到54.18和26.28，相對于白色微弧氧化陶瓷層的L值為81.90和b值為0.49，呈現出明顯的黃色，且制備黃色陶瓷層的穩(wěn)定性好；其中深黃色微弧氧化陶瓷層的腐蝕電流密度低于鎂基表面白色微弧氧化陶瓷層。

黃色微弧氧化陶瓷層具有微弧氧化多孔特征，深黃色微弧氧化陶瓷層的腐蝕電流密度較傳統(tǒng)的白色微弧氧化陶瓷層低一個數量級，腐蝕后陶瓷層表面與腐蝕前并未有任何差異。

四、附圖說明：

圖1是鎂合金經不同工藝所制備的黃色微弧氧化陶瓷層宏觀形貌照片；其中a為錫酸鈉的濃度為0g/L的黃色微弧氧化陶瓷層宏觀形貌照片；b為錫酸鈉的濃度為2g/L的黃色微弧氧化陶瓷層宏觀形貌照片、c為錫酸鈉的濃度為5g/L的黃色微弧氧化陶瓷層宏觀形貌照片、d為錫酸鈉的濃度為10g/L的黃色微弧氧化陶瓷層宏觀形貌照片、e為錫酸鈉的濃度為15g/L的黃色微弧氧化陶瓷層宏觀形貌照片；

圖2是鎂表面制備陶瓷層中Sn元素的XPS高分辨圖；

圖3是鎂合金經不同工藝所制備的微弧氧化陶瓷層的電化學腐蝕曲線；

圖4是微弧氧化陶瓷層經電化學腐蝕后的表面SEM形貌照片；

五、具體實施方式

下面結合具體的實施方式來對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細說明：

一種鎂合金表面兼具防護與裝飾的黃色微弧氧化陶瓷層，該陶瓷層由SnO₂摻雜MgO組成；利用微弧氧化技術，在錫酸鈉電解液體系中，通過調控電解液中錫酸鈉含量以及微弧氧化電參量，實現微弧氧化陶瓷層中Sn元素含量的調控，并在微弧氧化放電的高溫高壓作用下，形成SnO₂摻雜MgO的黃色微弧氧化陶瓷層，

所制備溶液為錫酸鹽電解液體系，錫酸鈉的濃度為2-30g/L，并添加5g/L硅酸鈉、10g/L氫氧化鉀和8g/L氟化鉀。

制備黃色微弧氧化陶瓷層的電參量為單脈沖輸出電壓為280～400V，頻率為400Hz，占空比為10％，氧化時間為5～30min。

實施例1：

本實施例中，鎂合金表面為淡黃色微弧氧化陶瓷層，即在添加少量的錫酸鈉電解液中制備微弧氧化陶瓷層，使鎂合金基體表層原位形成摻雜有少量Sn元素的氧化鎂多孔膜，該陶瓷層的厚度為10μm。

上述鎂合金表面黃色微弧氧化陶瓷層的制備方法包括如下步驟：

步驟1：對線切割的鎂合金試樣先經過除油除脂工藝后，先經過不同水砂紙磨制，再經拋光后水洗以備微弧氧化處理。

步驟2：依據鎂合金微弧氧化電解液的選配原則選用化學試劑，配制錫酸鹽系微弧氧化電解液，其中錫酸鈉的濃度為2g/L，并添加5g/L硅酸鈉、10g/L氫氧化鉀和8g/L氟化鉀。

步驟3：采用直流脈沖微弧氧化電源，設置單脈沖輸出電壓為300V，頻率為400Hz，占空比為10％，氧化時間為8min。使鎂合金表面形成厚度為10μm，Sn含量為1.70at.％的氧化鎂層。

上述得到的微弧氧化陶瓷層的宏觀形貌如圖1中b所示，顏色呈淡黃色，且顏色分布均勻；其腐蝕電流密度(1.44×10^-7A/cm²)較傳統(tǒng)的白色微弧氧化陶瓷層腐蝕電流密度(1.03×10^-8A/cm²)高一個數量級(如圖3)，表面呈現出較為明顯的腐蝕形貌，局部出現腐蝕坑(如圖4b所示)。

實施例2：

本實施例中，鎂合金表面為黃色微弧氧化陶瓷層，即在添加較多量的錫酸鈉電解液中制備微弧氧化陶瓷層，使鎂合金基體表層原位形成摻雜有較大量Sn元素的氧化鎂多孔膜，該陶瓷層的厚度為15μm。

上述鎂合金表面黃色微弧氧化陶瓷層的制備方法包括如下步驟：

步驟1：對線切割的鎂合金試樣先經過除油除脂工藝后，先經過不同水砂紙磨制，再經拋光后水洗以備微弧氧化處理。

步驟2：依據鎂合金微弧氧化電解液的選配原則選用化學試劑，配制錫酸鹽系微弧氧化電解液，其中錫酸鈉的濃度為5g/L，并添加5g/L硅酸鈉、10g/L氫氧化鉀和8g/L氟化鉀。

步驟3：采用直流脈沖微弧氧化電源，設置單脈沖輸出電壓為350V，頻率為400Hz，占空比為10％，氧化時間為12min。使鎂合金表面形成厚度為15μm，Sn含量為2.23at.％的氧化鎂層。

上述得到的微弧氧化陶瓷層的宏觀形貌如圖1中c所示，顏色呈黃色，且顏色分布均勻；其腐蝕電流密度(2.24×10^-7A/cm²)較傳統(tǒng)的白色微弧氧化陶瓷層腐蝕電流密度(1.03×10^-8A/cm²)高一個數量級(如圖3)，表面呈現出較為明顯的腐蝕形貌，腐蝕區(qū)域疏松，腐蝕坑形貌突出(如圖4中c所示)。

實施例3：

本實施例中，鎂合金表面為深黃色微弧氧化陶瓷層，即在添加更多量的錫酸鈉電解液中制備微弧氧化陶瓷層，使鎂合金基體表層原位形成摻雜有更多Sn元素的氧化鎂多孔膜，該陶瓷層的厚度為20μm。

上述鎂合金表面黃色微弧氧化陶瓷層的制備方法包括如下步驟：

步驟1：對線切割的鎂合金試樣先經過除油除脂工藝后，先經過不同水砂紙磨制，再經拋光后水洗以備微弧氧化處理。

步驟2：依據鎂合金微弧氧化電解液的選配原則選用化學試劑，配制錫酸鹽系微弧氧化電解液，其中錫酸鈉的濃度為15g/L，并添加5g/L硅酸鈉、10g/L氫氧化鉀和8g/L氟化鉀。

步驟3：采用直流脈沖微弧氧化電源，設置單脈沖輸出電壓為400V，頻率為400Hz，占空比為10％，氧化時間為18min。使鎂合金表面形成厚度為20μm，Sn含量為4.63at.％的氧化鎂層。

上述得到的微弧氧化陶瓷層的宏觀形貌如圖1中d所示，顏色呈深黃色，且顏色分布均勻，進一步分析發(fā)現陶瓷層中摻雜的Sn元素形成了黃色的SnO₂金屬氧化物(圖2所示)，其腐蝕電流密度(3.24×10^-9A/cm²)較傳統(tǒng)的白色微弧氧化陶瓷層腐蝕電流密度(1.03×10^-8A/cm²)低一個數量級(如圖3)，腐蝕后陶瓷層表面與腐蝕前并未有任何差異(如圖4中d所示)。