一種鎂合金表面制備磁性微弧氧化膜層的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微弧氧化技術(shù)，特指一種在鎂合金表面制備磁性微弧氧化膜層的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微弧氧化技術(shù)作為一項(xiàng)近幾年發(fā)展起來的表面薄膜處理技術(shù)，該技術(shù)可以在材料表面改性尤其是金屬表面制備各種薄膜，既可以提高金屬基體的性能，同時也可以獲得各種功能薄膜，成為材料研宄領(lǐng)域的熱點(diǎn)；微弧氧化技術(shù)尤其是在所謂閥金屬及其合金表面處理上獲得了應(yīng)用，如Al、Mg、Ti及其合金，近幾年也有學(xué)者逐漸在開展了鐵基材料微弧氧化的研宄。
[0003]微弧氧化在有色輕金屬方面獲得了較大的研宄成果，包括針對鋁合金的耐磨耐蝕膜層、針對鈦合金的抗高溫、耐磨耐蝕膜層以及鎂合金的耐蝕膜層，還包括針對這些金屬的一些功能性膜層，如這對鈦合金在航空航天領(lǐng)域里的應(yīng)用表面高發(fā)射率膜層、鎂合金在生物醫(yī)用領(lǐng)域的生物活性與生物相容性膜層等。
[0004]目前針對鎂合金的微弧氧化表面改性膜層主要是耐磨耐蝕氧化物膜層如氧化鎂、氧化鋁、二氧化鈦或者含鈣磷(包括只含鈣磷元素的膜層，以及含羥基磷灰石HA與磷酸鈣TCP的晶相膜層)的生物活性膜層；本發(fā)明在鎂合金表面制磁性微弧氧化膜層，擴(kuò)大使鎂合金具有包括生物醫(yī)用、電力電子等領(lǐng)域應(yīng)用在內(nèi)的多種應(yīng)用，尤其是針對生物醫(yī)用領(lǐng)域，磁性膜層可以明顯改善鎂合金基體的血液相容性，目前基于磁性改性微弧氧化涂層改善血液相容性的在微弧氧化領(lǐng)域還未見報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種在鎂合金表面直接生成磁性微弧氧化膜層的方法，是一項(xiàng)在金屬表面生長磁性膜層新方法，該方法能通過改變電解液的成分，在鎂合金表面直接形成含磁性組分的磁性微弧氧化膜層，既是對鎂合金基體性能的擴(kuò)大，同時也提供了一種磁性薄膜提供了一種新附著載體及其方法；本發(fā)明適用于各種鎂合金，尤其是醫(yī)用鎂合金如AZ91系列、AZ31系列等。
[0006]本發(fā)明按照下述步驟進(jìn)行:
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
(I)首先對鎂合金制品表面進(jìn)行除油去污清洗，根據(jù)需要可以進(jìn)行打磨或拋光處理。
[0007](2)將鎂合金制品置于電解質(zhì)溶液中作為陽極，進(jìn)行微弧氧化處理。
[0008](3)將表面微弧氧化膜的鎂合金制品進(jìn)行簡單清洗和干燥。
[0009]本發(fā)明微弧氧化工藝可以采用雙向或單向脈沖電源，電壓為300-600V，電流密度在2-15A/dm2之間，采用的電解質(zhì)溶液中含有如下濃度的組分:0.1-5 mo I/LCa (OH) 2、0.1-5mol/L Ca(H2PO2)2^0.5_4mol/LCa(NO3)2、0.1-5 mol/L NH4H2PO4^0.1-10 mol/L Ca(CH3COO)2,
0.1-5 mol/L Ca3 (PO4) 2、0.1-5 mol/L Na3PO4和 0.05-0.2 mol/L NaH 2P04中的任意三種、0.05-10mol/L 的Sr(NO3)2和/或(λ 05_10mol/L的Ba (NO3)2 和0.05_20mol/L 的Fe(NO3)30
[0010]各組分的機(jī)理和作用:
在上述鈣磷體系微弧氧化電解液中，在保證微弧氧化可以進(jìn)行的條件下，并做適當(dāng)調(diào)整，引入磁性源組分電解質(zhì)如Fe (NO3) 3 (0.05-20mol/L)和Sr (NO3)2 (0.05_10mol/L)或者Fe (NO3) 3 (0.05-20mol/L)和 Ba (NO3)2 (0.05_10mol/L)或者 Fe(NO3)3 (0.05_20mol/L)、Sr (NO3)2 (0.05-10mol/L)和 Ba (NO3)2 (0.05_10mol/L)為磁性組分物相來源。
[0011]本發(fā)明使用鋼鐵范圍:
本發(fā)明適用于各種鎂合金，其原理是在鎂合金微弧氧化電解液體系中引入上述磁性組分源，實(shí)現(xiàn)磁性膜層的制備，適用于各種鎂合金。
[0012]電解液的具體制備方法:
在不斷攪拌的情況下，先配置鈣磷體系微弧氧化基礎(chǔ)電解液液，在燒杯中裝入適量去離子水，依次加入適量Ca (OH) 2、Na3P04、NH4H2PO4等組分并不斷攪拌，再分別加入Fe (NO 3) 3和Sr (NO3) 2或 Fe (NO 3) 3和 Ba (NO 3) 2 或 Fe (NO3) 3、Sr (NO3) 2和 Ba (NO 3) 2。
[0013]本發(fā)明的獨(dú)到之處和有益效果是:
(I)實(shí)現(xiàn)鎂合金表面磁性微弧氧化膜的制備，在微弧氧化領(lǐng)域未見報(bào)道。
[0014](2)帶有陶瓷膜層的鎂合金具有比無膜層的具有更好的性能，如顯著提高血液相容性，同時具有更好的耐腐蝕性能。
[0015](3)本發(fā)明的工藝穩(wěn)定可靠，采用的設(shè)備簡單，反應(yīng)在常溫下進(jìn)行，操作方便，易于掌握。
【附圖說明】
[0016]圖1為實(shí)施例1的磁性膜層的磁滯回線圖。
[0017]圖2為實(shí)施例的耐腐蝕性能示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]實(shí)施例1
1.對AZ91鎂合金表面進(jìn)行機(jī)械拋光，然后進(jìn)行除油去污清洗。
[0019]2.配置如下重量濃度的電解液:0.1-5 mol/L Ca(OH)2^0.05-0.2 mol/L磷酸二氫鈉，0.1-5 mol/L NH4H2PO4,硝酸鐵 0.05-20mol/L Fe (NO3) 3、0.05_10mol/L 硝酸鍶 Sr (NO3) 2。
[0020]3.將AZ91鎂合金作為陽極進(jìn)行微弧氧化處理，電壓400-600v，電流密度5-8 A/dm2，處理15-50分鐘。
[0021 ] 4.將表面生成了微弧氧化膜的鎂合金進(jìn)行清洗、干燥。
[0022]圖1是磁滯回線圖，用磁滯回線表征膜層的磁性性能，表明微弧氧化膜層具有磁性，飽和磁化強(qiáng)度可達(dá)73A.m2/kgo
[0023]圖2是耐腐蝕性能示意圖，在3.5% NaCl溶液中，用Tafel極化曲線測量耐腐蝕性，用腐蝕電流密度密度和腐蝕電位比較耐蝕性能好壞，膜層的腐蝕電流為8.54X10-7 A/cm2比基體9.09X10_5A/cm2降低，膜層腐蝕電位為-1.64V比基體-1.82提高0.18V，較大的提尚了耐蝕性能。
[0024]實(shí)施例2 1.對ZK60鎂合金制品表面進(jìn)行機(jī)械拋光，然后進(jìn)行除油去污清洗。
[0025]2.配置如下重量濃度的電解液:1-2 mol/LCa(NO3)2,0.1-5 mol/L Ca(OH)2,0.1-5mol/L Na3PO4,0.05-20mol/L 硝酸鐵 Fe ((NO3) 3、0.05-10mol/L 硝酸鋇 (NO3)2O
[0026]3.將ZK601鎂合金作為陽極進(jìn)行微弧氧化處理，400-600V，電流密度6-15 A/dm2,處理15-50分鐘。
[0027]4.將表面生成了微弧氧化膜的鎂合金進(jìn)行清洗、干燥。
[0028]對膜層進(jìn)磁性性能和耐蝕性能測試。飽和磁化強(qiáng)度可達(dá)72A ?m2/kg,在3.5% NaCl溶液中，用Tafel極化曲線測量耐腐蝕性，用腐蝕電流密度密度和腐蝕電位比較耐蝕性能好壞，膜層的腐蝕電流為3.324X 1-6 A/cm2比基體4.36X l(T5A/cm2降低，膜層腐蝕電位為-1.352V比基體-1.694提高，較大的提高了耐蝕性能。
[0029]實(shí)施例3
1.對AM60B鎂合金制品表面進(jìn)行機(jī)械拋光，然后進(jìn)行除油去污清洗。
[0030]2.配置如下重量濃度的電解液:0.1-5 mol/L Ca(CH3COO)2,0.1-5 mol/L NH4H2PO4,0.1-5 mol/L Ca3 (PO4)2,0.05-20mol/L 硝酸鐵 Fe ((NO3) 3、0.05-10mol/L 硝酸鍶 Sr (NO3)2、0.05-10mol/L 硝酸鋇 Br (NO3)20
[0031]3.將AM60B鎂合金作為陽極進(jìn)行微弧氧化處理，300_600v，電流密度3_10A/dm2，處理15-50分鐘。
[0032]4.將表面生成了微弧氧化膜的鎂合金進(jìn)行清洗、干燥。
[0033]對膜層進(jìn)磁性性能和耐蝕性能測試；飽和磁化強(qiáng)度可達(dá)72A.m2/kgo在3.5%NaCl溶液中，用Tafel極化曲線測量耐腐蝕性，用腐蝕電流密度密度和腐蝕電位比較耐蝕性能好壞，膜層的腐蝕電流為1.23X10-6 A/cm2比基體8.36X l(T5A/cm2降低，膜層腐蝕電位為-1.503V比基體-1.596提高，較大的提高了耐蝕性能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種在鎂合金表面制備磁性微弧氧化膜層的方法，首先對鎂合金制品表面進(jìn)行除油去污清洗，根據(jù)需要可以進(jìn)行打磨或拋光處理；將鎂合金制品置于電解質(zhì)溶液中作為陽極，進(jìn)行微弧氧化處理；將表面微弧氧化膜的鎂合金制品進(jìn)行簡單清洗和干燥，其特征在于采用的電解質(zhì)溶液中含有如下濃度的組分:0.1-5 mol/LCa (OH) 2、0.1-5 mo I/L Ca(H2PO2)2,0.5-4mol/LCa(NO3)2>0.1-5 mol/L NH4H2PO4、0.1-10 mol/L Ca(CH3COO)2、0.1-5 mol/LCa3(PO4)2^0.1-5 mol/L Na3POjP0.05_0.2 mol/L NaH2PO4*的任意三種、0.05_10mol/L 的Sr (NO3) 2和 / 或 0.05-10mol/L 的 Ba (NO 3) 2 和 0.05_20mol/L 的 Fe (NO3) 3。
2.如權(quán)利要求1所述的一種在鎂合金表面制備磁性微弧氧化膜層的方法，其特征在于:微弧氧化處理采用雙向或單向脈沖電源，電壓為300-600v，電流密度在2-15A/dm2之間。
3.如權(quán)利要求1所述的一種在鎂合金表面制備磁性微弧氧化膜層的方法，其特征在于電解液含有如下濃度的組分:0.1-5 mol/L Ca(OH)2^0.05-0.2 mol/L磷酸二氫鈉，0.1-5mol/L NH4H2PO4,硝酸鐵 0.05-20mol/L Fe (NO3) 3、0.05-10mol/L 硝酸鍶 Sr (NO3) 2。
4.如權(quán)利要求1所述的一種在鎂合金表面制備磁性微弧氧化膜層的方法，其特征在于電解液含有如下濃度的組分:1-2 mol/LCa(NO3)2，0.1-5 mol/L Ca(OH)2，0.1-5 mol/LNa3PO4,0.05-20mol/L 硝酸鐵 Fe ((NO3) 3、0.05_10mol/L 硝酸鋇 Br (NO3)2O
5.如權(quán)利要求1所述的一種在鎂合金表面制備磁性微弧氧化膜層的方法，其特征在于電解液含有如下濃度的組分:0.1-5 mol/L Ca (CH3COO) 2，0.1-5 mol/L NH4H2PO4 0.1-5 mol/L Ca3 (PO4)2 0.05-20mol/L 硝酸鐵 Fe ((NO3) 3、0.05_10mol/L 硝酸鎖 Sr (NO3) 2、0.05_10mol/L硝酸鋇Br (NO3) 2。
【專利摘要】本發(fā)明涉及微弧氧化技術(shù)，特指一種在鎂合金表面制備磁性微弧氧化膜層的方法。該方法能通過改變電解液的成分，在鎂合金表面直接形成含磁性組分的磁性微弧氧化膜層，既是對鎂合金基體性能的擴(kuò)大，同時也提供了一種磁性薄膜提供了一種新附著載體及其方法；本發(fā)明適用于各種鎂合金，尤其是醫(yī)用鎂合金如AZ91系列、AZ31系列等。
【IPC分類】C25D11-30
【公開號】CN104831331
【申請?zhí)枴緾N201510182681
【發(fā)明人】王云龍, 王淼, 朱林中, 黃積偉, 陳彩燕, 劉志成, 林東, 陸玲梅
【申請人】江蘇大學(xué)
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年4月17日