CN102808210A - 一种微弧氧化的表面处理方法及其制品 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种适用于镁及其合金表面的微弧氧化处理方法及经处理所得的镁合金制品，通过对特定的MB3镁合金的微弧氧化处理进行了细致深入的研究，从前处理、微弧氧化处理以至于后处理的每一个步骤和细节都进行了大量反复的摸索研究，获得了适合MB3镁合金的最优的工艺，在保证效率和成膜质量的前提下，大大降低了处理的能耗和污染，结果表明，经本发明微弧氧化处理工艺得到的镁合金表面生成了致密均匀、与镁合金基体结合紧密的陶瓷氧化膜层，耐腐蚀性能大大提高。
Description
技术领域
本发明涉及轻合金的表面处理技术领域，具体的说是一种轻合金表面的微弧氧化处理方法以及经处理所得的轻合金制品，尤其是一种镁合金表面的微弧氧化处理方法以及经处理所得的镁合金制品。
背景技术
微弧氧化是近几年在国内外新兴的一种轻合金表面处理技术，它是将被处理的基体金属放置在特定的电解液中，利用电化学方法在基体表面产生微弧放电现象，在等离子体化学、热化学和电化学等的共同作用下，通过微区瞬间高温烧结作用直接把基体金属表面变成氧化物陶瓷膜层。与其他表面处理方法一如传统的阳极氧化相比，微弧氧化具有以下独特的优点：例如氧化物膜层中既含有高温稳定相，又含有一定量的非晶相，从而使得膜层具有优异的强韧性配合以及耐磨、耐蚀、抗氧化等性能；采用的电解液大多不含有毒物和重金属元素，是典型的清洁环保的处理方法；工艺简单，处理时无需气体或真空保护，处理温度较传统的阳极氧化低；处理后基体金属尺寸变形小。
由于微弧氧化的诸多优点，其很快在世界范围内成为了研究热点，特别是用于提高硬度、韧性、耐磨性及耐蚀性都相对较差的轻金属或其合金。这其中，主要的研究对象是铝及其合金的微弧氧化技术，而对于其他轻合金及其金属的研究还处于起步探索阶段，未有系统和深入的研究。
镁合金具有密度低、能量衰减系数大、电磁屏蔽效果好、比强度及比弹性模量高等众多优点，是一种超轻型、性能优良的环保型工程材料，被誉为21世纪理想的电子制品壳体材料。但镁是极活泼的金属，标准电极电势较低，化学活性极高，在一般环境中会受到严重地腐蚀，即使在室温下也会在空气中发生氧化，生成的自然氧化膜疏松多孔，耐蚀性较差，此外，镁的质地较软、耐磨性也较，这些问题都极大地限制了镁合金的广泛应用。
而采用新兴的微弧氧化技术对镁合金的表面进行处理，以获得陶瓷氧化膜层，无疑是解决上述问题的有效途径。本发明正是基于上述考虑，对于镁合金的微弧氧化技术进行了细致深入的研究，对各个处理步骤以及各个工艺参数都进行了大量地、系统地研究，以期获得最适于镁合金的微弧氧化处理工艺，同时，克服现有微弧氧化陶瓷层存在的固有的由于多孔状结构所导致的致密性、均匀性差等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于镁及其合金表面的微弧氧化处理方法，从而获得具有相当厚度的、均匀致密的表面陶瓷氧化膜层。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案是：
一种镁及其合金表面的微弧氧化处理方法，其特征在于包括如下步骤：
第一，将基体金属进行喷砂处理，除去表面油污，随后采用砂纸打磨，采用500#-2000#由粗到细的打磨顺序，直至表面无划痕；
第二，采用碱性溶液进行深脱脂处理，深脱脂后采用蒸馏水清洗备用；
第三，在碱性电解液中进行微弧氧化处理，其中采用逐渐升高电压的方法，终止电压控制在300-370V，电流密度在30mA/cm2以下，微弧氧化处理时间大于20分钟，电解液的温度维持在小于40℃；
第四，将微弧氧化处理后的金属用蒸馏水清洗后再进行热风干燥，从而得到最终的镁合金制品。
优选的，所述的微弧氧化处理所针对的是MB3镁合金，MB3镁合金质量轻、刚性好、具有一定的耐蚀性和尺寸稳定性，抗冲击、耐磨、衰减性能等力学性能均十分优异；另外还有高的导热和导电性能，无磁性、屏蔽性好和无毒易回收等特点，是镁合金中适用广泛的一种。然而目前对其进行的微弧氧化研究很有限，本发明正是基于MB3镁合金的特点对其微弧氧化进行了详尽系统的研究，以开发一种适合其使用的微弧氧化处理工艺。
优选的，所述的深脱脂处理采用的碱性溶液的包括：130-200g/L的KOH、130-200g/L的NaOH，二者比例为1∶1，甲氧基异丁酸烷基酯15-20g/L，二甲基氧化胺35-40g/L。采用上述碱性溶液进行深脱脂处理的脱脂效果优异，所得的陶瓷氧化层也更为致密均匀。
优选的，所述微弧氧化处理的碱性电解液的组成为：200-300g/L的KOH，25-30g/L的柠檬酸三钠，160-180g/L的磷酸钠，50-70g/L的氟化钠，20-30g/L的氟化氢铵，40-70g/L的偏铝酸钠，1-5g/L的硝酸铈和或硝酸镧，余量为水。上述碱性电解液几乎不含有毒有害物质，其浓度及电解液的导电率适中，使用寿命长，成膜速度和成膜质量良好，采用上述碱性电解液进行微弧氧化处理后，镁合金表面的陶瓷氧化膜层致密均匀，孔径细小。
优选的，所述微弧氧化处理时，终止电压控制在320-340V，电流密度在15-20mA/cm2以下，电解液的温度维持在25-30℃，处理时间控制在25-30分钟，微弧氧化处理过程中，同时进行电磁搅拌，搅拌速度为300-400rpm。采用上述工艺参数进行微弧氧化处理，不仅有效降低了处理过程中的能耗和污染，同时在最高程度上提高了成膜效率、保证了成膜质量。
优选的，在微弧氧化处理后，进一步包括封孔后处理步骤，所述封孔后处理是将微弧氧化处理后的镁合金制品浸渍在配置好的硅酸钠溶液中放于密闭容器中，使用小型真空泵抽真空，至5mbar，持续30-40分钟，将制品取出后，悬挂于干燥炉内，进行固化。
本发明的优点是：对特定的MB3镁合金的微弧氧化处理进行了细致深入的研究，从前处理、微弧氧化处理以至于后处理的每一个步骤和细节都进行了大量反复的摸索研究，获得了适合MB3镁合金的最优的工艺，在保证效率和成膜质量的前提下，大大降低了处理的能耗和污染。
附图说明
图1是本发明中经表面处理后的镁合金表面微观组织形貌；
图2是本发明中经表面处理后的镁合金陶瓷氧化膜层界面微观组织形貌；
图3是本发明中陶瓷氧化膜层的化学成分分析。
具体实施方式
下面，通过发明人总结的最优的实施例对本发明进行详细说明。
第一，将MB3基体镁合金进行喷砂处理，除去表面油污，随后采用砂纸打磨，采用500#-2000#由粗到细的打磨顺序，直至表面无划痕；
第二，采用碱性溶液进行深脱脂处理，深脱脂后采用蒸馏水清洗备用；所述的深脱脂处理采用的碱性溶液的包括：150g/L的KOH、15g/L的NaOH，二者比例为1∶1，18g/L甲氧基异丁酸烷基酯，35g/L二甲基氧化胺；
第三，在碱性电解液中进行微弧氧化处理，其中采用逐渐升高电压的方法，终止电压控制在330V，电流密度在大约16mA/cm2左右，微弧氧化处理时间28分钟，电解液的温度维持在27℃；所述微弧氧化处理的碱性电解液的组成为：240g/L的KOH，26g/L的柠檬酸三钠，170g/L的磷酸钠，55g/L的氟化钠，25g/L的氟化氢铵，50g/L的偏铝酸钠，2g/L的硝酸铈和/或硝酸镧，余量为水；微弧氧化处理过程中，同时进行电磁搅拌，搅拌速度为300rpm；
第四，将微弧氧化处理后的镁合金制品浸渍在配置好的硅酸钠溶液中放于密闭容器中，使用小型真空泵抽真空，至5mbar，持续35分钟，将制品取出后，悬挂于干燥炉内，进行固化；
第五，将微弧氧化处理后的金属用蒸馏水清洗后再进行热风干燥，从而得到最终的镁合金制品。
由图1-3可知，经本发明微弧氧化表面处理后的镁合金，其表面生成的陶瓷氧化膜层均匀致密，与镁合金基体结合紧密，膜层厚度最高可达约97μm，耐腐蚀性能大大提高。
Claims (7)
1.一种镁及其合金表面的微弧氧化处理方法，其特征在于包括如下步骤：
第一，将基体金属进行喷砂处理，除去表面油污，随后采用砂纸打磨，采用500#-2000#由粗到细的打磨顺序，直至表面无划痕；
第二，采用碱性溶液进行深脱脂处理，深脱脂后采用蒸馏水清洗备用；
第三，在碱性电解液中进行微弧氧化处理，其中采用逐渐升高电压的方法，终止电压控制在300-370V，电流密度在30mA/cm2以下，微弧氧化处理时间大于20分钟，电解液的温度维持在小于40℃；
第四，将微弧氧化处理后的金属用蒸馏水清洗后再进行热风干燥，从而得到最终的镁合金制品。
2.一种如权利要求1所述的镁及其合金表面的微弧氧化处理方法，其特征在于：所述的微弧氧化处理针对的是MB3镁合金。
3.一种如权利要求1所述的镁及其合金表面的微弧氧化处理方法，其特征在于：所述的深脱脂处理采用的碱性溶液的包括：130-200g/L的KOH、130-200g/L的NaOH，二者比例为1∶1，甲氧基异丁酸烷基酯15-20g/L，二甲基氧化胺35-40g/L。
4.一种如权利要求1所述的镁及其合金表面的微弧氧化处理方法，其特征在于：所述微弧氧化处理的碱性电解液的组成为：200-300g/L的KOH，25-30g/L的柠檬酸三钠，160-180g/L的磷酸钠，50-70g/L的氟化钠，20-30g/L的氟化氢铵，40-70g/L的偏铝酸钠，1-5g/L的硝酸铈和或硝酸镧，余量为水。
5.一种如权利要求1所述的镁及其合金表面的微弧氧化处理方法，其特征在于：所述微弧氧化处理时，终止电压控制在320-340V，电流密度在15-20mA/cm2以下，电解液的温度维持在25-30℃，处理时间控制在25-30分钟，微弧氧化处理过程中，同时进行电磁搅拌，搅拌速度为300-400rpm。
6.一种如权利要求1所述的镁及其合金表面的微弧氧化处理方法，其特征在于：在微弧氧化处理后，进一步包括封孔后处理步骤，所述封孔后处理是将微弧氧化处理后的镁合金制品浸渍在配置好的硅酸钠溶液中放于密闭容器中，使用小型真空泵抽真空，至5mbar，持续30-40分钟，将制品取出后，悬挂于干燥炉内，进行固化。
7.一种利用权利要求1-6所述的镁及其合金表面的微弧氧化处理方法所制备得到的镁合金制品。
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