本發(fā)明涉及金屬材料領(lǐng)域，尤其是鎂合金的腐蝕與防護(hù)領(lǐng)域，特別涉及一種改善鎂合金陽極氧化膜耐蝕性的方法。

背景技術(shù)：

鎂合金具有密度小、屈服強(qiáng)度高、彈性模量低等特點(diǎn)，鎂合金在同樣受力條件下，可消耗更大的變形功，具有降噪、減振功能，可承受較大的沖擊震動負(fù)荷。因此，鎂合金在交通工具、通訊器材、航空航天等具有輕量化需求的領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用潛力和發(fā)展空間。但是鎂合金的耐磨性和耐蝕性較差，特別是易腐蝕的特點(diǎn)，影響其結(jié)構(gòu)性能和安全，阻礙了鎂合金的推廣應(yīng)用。

提高鎂合金的耐蝕性所采取的方法通常有：

（1）對鎂合金基體進(jìn)行改性。如進(jìn)行的合金化處理可以顯著提高鎂的耐蝕性，同時使合金具有很高的屈服強(qiáng)度。

（2）對已成型的鎂合金進(jìn)行表面處理。主要有：（a）在鎂合金表面涂覆一層保護(hù)層，可以改善鎂合金的耐蝕性和耐磨性。（b）通過高能離子靶材把某些金屬離子注入鎂合金表面金屬晶格形成置換固溶體或間歇固溶體，形成一層新的表面合金。（c）通過激光的高溫使鎂合金重熔，使其表面組織晶粒細(xì)化，進(jìn)而引起表面強(qiáng)化。（d）通過化學(xué)反應(yīng)的方式在鎂合金表面形成一層致密的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜。（e）通過電化學(xué)陽極氧化或微弧氧化的方式在鎂合金表面形成一層致密的氧化膜，氧化膜經(jīng)封孔、著色或鈍化處理后可以改善鎂合金的耐蝕性和裝飾性能。

在上述方法中，電化學(xué)陽極氧化成膜技術(shù)具有生產(chǎn)工藝簡單、一次成膜面積大、生產(chǎn)設(shè)備投資少、加工成本低等優(yōu)點(diǎn)，成為鎂合金最基本、也是應(yīng)用最廣泛的一種表面防護(hù)處理方法。

傳統(tǒng)的陽極氧化過程中，使用單一電源施加直流、交流、方波直流、方波交流等特定規(guī)律的電壓到鎂合金電極上，使其發(fā)生陽極氧化成膜的過程。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種改善鎂合金陽極氧化膜耐蝕性的方法。該方法是在鎂合金陽極氧化過程中，給電解池施加第二電場，促進(jìn)電解液中陰離子遷移到鎂合金電極表面，與鎂離子形成更為致密的氧化膜，從而改善陽極氧化膜的耐蝕性。

本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：

一種改善鎂合金陽極氧化膜耐蝕性的制備方法，該方法是指在鎂合金陽極氧化成膜過程中，在電解池外施加第二電場來促進(jìn)電解液中陰離子向鎂合金陽極移動，減緩鎂離子擴(kuò)散到溶液體系，有利于生成更為致密陽極氧化膜。

本發(fā)明提供的一種改善鎂合金陽極氧化膜耐蝕性的方法，其具體包含以下步驟：

第一步，鎂合金前處理。鎂合金工作面用400#、600#、800#、1000#、1200#的SiC水砂紙逐級打磨至光亮，依次用去離子水、乙醇清洗，備用。

第二步，陽極氧化。以鎂合金為陽極、不銹鋼片為陰極進(jìn)行恒電流氧化。陽極氧化電解液組成為：NaOH 10~60 g/L、Na₂B₄O₇·10H₂O 10~60 g/L、Na₂SiO₃·9H₂O 10~80 g/L。陽極氧化工藝參數(shù)為：電流密度5~50 mA/cm²，氧化時間10~200 min，操作溫度10~60℃；氧化過程中給電解池施加電壓為0~50 V的第二電場。

具體操作為：在電解池中加入電解液，鎂合金陽極和不銹鋼陰極片放入電解池，二者的距離為5~50 cm，然后將電解池放入恒溫水浴中。在恒溫水浴中、隔著電解池容器壁，在鎂合金陽極和不銹鋼陰極的背面分別放置一片面積為鎂合金陽極和不銹鋼陰極面積1~3倍的不銹鋼片構(gòu)成第二電場電極，確保第二電場電極不與鎂合金陽極和不銹鋼陰極接觸。陽極氧化時，以鎂合金陽極一側(cè)為基準(zhǔn)，同時給第二電場電極施加0~50 V的電壓，形成第二電場，促進(jìn)電解液中的陰離子向鎂合金陽極移動。

第三步，氧化膜洗滌和干燥。陽極氧化所得鎂合金氧化膜經(jīng)去離子水清洗后，進(jìn)行熱風(fēng)干燥。

本發(fā)明提供的一種改善鎂合金陽極氧化膜耐蝕性的制備方法，由其所得氧化膜的形貌用掃描電鏡觀察，氧化膜耐蝕性用電化學(xué)開路電位測試和交流阻抗譜測試表征。測試電解液為3.5 wt% NaCl溶液，測試溫度25℃；用飽和甘汞電極為參比電極，石墨棒為輔助電極；交流阻抗譜測試在開路電位下進(jìn)行，電壓幅值為5mV，測試頻率為0.1-10⁵ Hz。

陽極氧化膜是由電解液中陰離子遷移到鎂合金電極表面、與電極上氧化出來的鎂離子結(jié)合而得。改變電解液中陰離子的遷移行為可以得到不同結(jié)構(gòu)的膜，從而改變陽極氧化膜的耐蝕性。

本發(fā)明的積極效果體現(xiàn)在：

（一）本發(fā)明不是通過研發(fā)新的電解液組成或改變陽極氧化電流模式來改進(jìn)氧化膜的耐蝕性能，而是通過在電解池外加入第二電場，調(diào)節(jié)電解液中離子的遷移行為，進(jìn)而影響陽極氧化膜的生成過程。該制備方法方便易行、易于控制。

（2）由該方法制備所得的陽極氧化膜具有結(jié)構(gòu)致密、耐蝕性得到增強(qiáng)的特點(diǎn)。

附圖說明

圖1為比較例1所得陽極氧化膜的掃描電鏡圖

圖2為實(shí)施例1所得陽極氧化膜的掃描電鏡圖

圖3為實(shí)施例2所得陽極氧化膜的掃描電鏡圖

圖4為實(shí)施例1、2和比較例1所得陽極氧化膜的交流阻抗圖譜

圖5為實(shí)施例1、2和比較例1所得陽極氧化膜的開路電位測試曲線圖

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于下述實(shí)施例。

實(shí)施例1

第一步，AZ91D鎂合金前處理。鎂合金工作面用400#、600#、800#、1000#、1200#的SiC水砂紙逐級打磨至光亮，依次用去離子水、乙醇清洗，備用。

第二步，陽極氧化。以AZ91D鎂合金為陽極、不銹鋼片為陰極進(jìn)行恒電流氧化。陽極氧化電解液組成為：NaOH 50 g/L、Na₂B₄O₇·10H₂O 40 g/L、Na₂SiO₃·9H₂O 6 g/L。陽極氧化工藝參數(shù)為：電流密度10 mA/cm²，氧化時間20 min，實(shí)驗(yàn)溫度25℃；氧化過程中給電解池施加電壓為8 V的第二電場。

具體操作為：在電解池中加入電解液，鎂合金陽極和不銹鋼陰極片放入電解池，二者的距離為10 cm，然后將電解池放入恒溫水浴中。在恒溫水浴中、隔著電解池容器壁，在鎂合金陽極和不銹鋼陰極的背面分別放置一片面積為鎂合金陽極和不銹鋼陰極面積2倍的不銹鋼片構(gòu)成第二電場電極，確保第二電場電極不與鎂合金陽極和不銹鋼陰極接觸。

陽極氧化時，以鎂合金陽極一側(cè)為基準(zhǔn)，同時給第二電場電極施加8V的電壓，形成第二電場，促進(jìn)電解液中的陰離子向鎂合金陽極移動。

第三步，氧化膜洗滌和干燥。陽極氧化所得鎂合金氧化膜經(jīng)去離子水清洗后，進(jìn)行熱風(fēng)干燥。

實(shí)施例2：

第一步，AZ91D鎂合金前處理。鎂合金工作面用400#、600#、800#、1000#、1200#的SiC水砂紙逐級打磨至光亮，依次用去離子水、乙醇清洗，備用。

第二步，陽極氧化。以AZ91D鎂合金為陽極、不銹鋼片為陰極進(jìn)行恒電流氧化。陽極氧化電解液組成為：NaOH 50 g/L、Na₂B₄O₇·10H₂O 40 g/L、Na₂SiO₃·9H₂O 6 g/L。陽極氧化工藝參數(shù)為：電流密度10 mA/cm²，氧化時間20 min，實(shí)驗(yàn)溫度25℃；氧化過程中給電解池施加電壓為16 V的第二電場。

具體操作為：在電解池中加入電解液，鎂合金陽極和不銹鋼陰極片放入電解池，二者的距離為10 cm，然后將電解池放入恒溫水浴中。在恒溫水浴中、隔著電解池容器壁，在鎂合金陽極和不銹鋼陰極的背面分別放置一片面積為鎂合金陽極和不銹鋼陰極面積2倍的不銹鋼片構(gòu)成第二電場電極，確保第二電場電極不與鎂合金陽極和不銹鋼陰極接觸。

陽極氧化時，以鎂合金陽極一側(cè)為基準(zhǔn)，同時給第二電場電極施加16V的電壓，形成第二電場，促進(jìn)電解液中的陰離子向鎂合金陽極移動。

第三步，氧化膜洗滌和干燥。陽極氧化所得鎂合金氧化膜經(jīng)去離子水清洗后，進(jìn)行熱風(fēng)干燥。

對比例1：

第一步，AZ91D鎂合金前處理。鎂合金工作面用400#、600#、800#、1000#、1200#的SiC水砂紙逐級打磨至光亮，依次用去離子水、乙醇清洗，備用。

第二步，陽極氧化。以AZ91D鎂合金為陽極、不銹鋼片為陰極進(jìn)行恒電流氧化。陽極氧化電解液組成為：NaOH 50 g/L、Na₂B₄O₇·10H₂O 40 g/L、Na₂SiO₃·9H₂O 6 g/L。陽極氧化工藝參數(shù)為：電流密度10 mA/cm²，氧化時間20 min，實(shí)驗(yàn)溫度25℃；氧化過程中給電解池施加電壓為0V的第二電場。

具體操作為：在電解池中加入電解液，鎂合金陽極和不銹鋼陰極片放入電解池，二者的距離為10 cm，然后將電解池放入恒溫水浴中。在恒溫水浴中、隔著電解池容器壁，在鎂合金陽極和不銹鋼陰極的背面，分別放置一片面積為鎂合金陽極和不銹鋼陰極面積2倍的不銹鋼片構(gòu)成第二電場電極，確保第二電場電極不與鎂合金陽極和不銹鋼陰極接觸。

陽極氧化時，以鎂合金陽極一側(cè)為基準(zhǔn)，同時給第二電場電極施加0V的電壓（即為不施加外電場）。

第三步，氧化膜洗滌和干燥。陽極氧化所得鎂合金氧化膜經(jīng)去離子水清洗后，進(jìn)行熱風(fēng)干燥。

實(shí)施例和比較例分析：

由圖1、圖2、圖3可以看出，在不施加第二電場的條件下（比較例1）進(jìn)行鎂合金陽極氧化，所得陽極氧化膜層分布不均勻、不平整，膜層中存在顯著的裂紋和微孔，表明陽極氧化膜的耐蝕性較差。在陽極氧化過程中，給電解池施加8 V（實(shí)施例1）或16V（實(shí)施例2）的第二電場后，陽極氧化過程中熔融物的流淌更為均勻，所得陽極氧化膜更為平整，氧化膜中的微孔數(shù)減少、裂紋減少，表明陽極氧化膜對鎂合金基底具有良好防腐蝕保護(hù)作用。

由圖4可以看出，在沒有第二電場存在的條件下（比較例1），所得陽極氧化膜的交流阻抗圖譜圓弧半徑較小，表明鎂合金腐蝕過程中的電子傳遞電阻小，鎂合金易于發(fā)生腐蝕過程。而在陽極氧化過程中施加第二電場后（實(shí)施例2、實(shí)施例3），所得陽極氧化膜的交流阻抗圖譜圓弧半徑顯著增大，表明鎂合金腐蝕過程中的電子傳遞電阻增大，陽極氧化膜對鎂合金基底具有更好的耐腐蝕保護(hù)作用。

由圖5可以看出，在沒有第二電場存在的條件下（比較例1），鎂合金電極的開路電位較負(fù)，所得陽極氧化膜對鎂合金沒有較好的保護(hù)作用。而在陽極氧化過程中施加第二電場后（實(shí)施例2、實(shí)施例3），鎂合金電極的開路電位顯著正移，表明鎂合金的活性下降，所得陽極氧化膜對鎂合金的耐腐蝕保護(hù)作用得到增強(qiáng)。

由比較例和實(shí)施例的對比分析可以看出，在鎂合金陽極氧化過程中，給電解池施加第二電場，所得陽極氧化膜的結(jié)構(gòu)更為致密，氧化膜具有更好的耐腐蝕性能。

以上所述實(shí)例僅是本專利的優(yōu)選實(shí)施方式，但本專利的保護(hù)范圍并不局限于此。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本專利原理的前提下，根據(jù)本專利的技術(shù)方案及其專利構(gòu)思，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本專利的保護(hù)范圍。