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CN104831331B - 一种镁合金表面制备磁性微弧氧化膜层的方法 - Google Patents

一种镁合金表面制备磁性微弧氧化膜层的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及微弧氧化技术，特指一种在镁合金表面制备磁性微弧氧化膜层的方法。该方法能通过改变电解液的成分，在镁合金表面直接形成含磁性组分的磁性微弧氧化膜层，既是对镁合金基体性能的扩大，同时也提供了一种磁性薄膜提供了一种新附着载体及其方法；本发明适用于各种镁合金，尤其是医用镁合金如AZ91系列、AZ31系列等。

Description

一种镁合金表面制备磁性微弧氧化膜层的方法
技术领域
本发明涉及微弧氧化技术，特指一种在镁合金表面制备磁性微弧氧化膜层的方法。
背景技术
微弧氧化技术作为一项近几年发展起来的表面薄膜处理技术，该技术可以在材料表面改性尤其是金属表面制备各种薄膜，既可以提高金属基体的性能，同时也可以获得各种功能薄膜，成为材料研究领域的热点；微弧氧化技术尤其是在所谓阀金属及其合金表面处理上获得了应用，如Al、Mg、Ti及其合金，近几年也有学者逐渐在开展了铁基材料微弧氧化的研究。
微弧氧化在有色轻金属方面获得了较大的研究成果，包括针对铝合金的耐磨耐蚀膜层、针对钛合金的抗高温、耐磨耐蚀膜层以及镁合金的耐蚀膜层，还包括针对这些金属的一些功能性膜层，如这对钛合金在航空航天领域里的应用表面高发射率膜层、镁合金在生物医用领域的生物活性与生物相容性膜层等。
目前针对镁合金的微弧氧化表面改性膜层主要是耐磨耐蚀氧化物膜层如氧化镁、氧化铝、二氧化钛或者含钙磷（包括只含钙磷元素的膜层，以及含羟基磷灰石HA与磷酸钙TCP的晶相膜层）的生物活性膜层；本发明在镁合金表面制磁性微弧氧化膜层，扩大使镁合金具有包括生物医用、电力电子等领域应用在内的多种应用，尤其是针对生物医用领域，磁性膜层可以明显改善镁合金基体的血液相容性，目前基于磁性改性微弧氧化涂层改善血液相容性的在微弧氧化领域还未见报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种在镁合金表面直接生成磁性微弧氧化膜层的方法，是一项在金属表面生长磁性膜层新方法，该方法能通过改变电解液的成分，在镁合金表面直接形成含磁性组分的磁性微弧氧化膜层，既是对镁合金基体性能的扩大，同时也提供了一种磁性薄膜提供了一种新附着载体及其方法；本发明适用于各种镁合金，尤其是医用镁合金如AZ91系列、AZ31系列等。
本发明按照下述步骤进行：
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
（1）首先对镁合金制品表面进行除油去污清洗，根据需要可以进行打磨或抛光处理。
（2）将镁合金制品置于电解质溶液中作为阳极，进行微弧氧化处理。
（3）将表面微弧氧化膜的镁合金制品进行简单清洗和干燥。
本发明微弧氧化工艺可以采用双向或单向脉冲电源，电压为300-600v, 电流密度在2-15A/dm2之间，采用的电解质溶液中含有如下浓度的组分：0.1-5 mol/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 NaH2PO4中的任意三种、0.05-10mol/L 的Sr(NO3)2和/或0.05-10mol/L的Ba (NO3)2 和0.05-20mol/L 的Fe(NO3)3。
各组分的机理和作用：
在上述钙磷体系微弧氧化电解液中，在保证微弧氧化可以进行的条件下，并做适当调整，引入磁性源组分电解质如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）为磁性组分物相来源。
本发明使用钢铁范围：
本发明适用于各种镁合金，其原理是在镁合金微弧氧化电解液体系中引入上述磁性组分源，实现磁性膜层的制备，适用于各种镁合金。
电解液的具体制备方法：
在不断搅拌的情况下，先配置钙磷体系微弧氧化基础电解液液，在烧杯中装入适量去离子水，依次加入适量Ca(OH)2、Na3PO4、NH4H2PO4等组分并不断搅拌，再分别加入Fe(NO3)3和Sr(NO3)2或Fe(NO3)3和Ba (NO3)2 或Fe(NO3)3、Sr(NO3)2和Ba (NO3)2 。
本发明的独到之处和有益效果是：
（1） 实现镁合金表面磁性微弧氧化膜的制备，在微弧氧化领域未见报道。
（2）带有陶瓷膜层的镁合金具有比无膜层的具有更好的性能，如显著提高血液相容性，同时具有更好的耐腐蚀性能。
（3）本发明的工艺稳定可靠，采用的设备简单，反应在常温下进行，操作方便，易于掌握。
附图说明
图1为实施例1的磁性膜层的磁滞回线图。
图2为实施例的耐腐蚀性能示意图。
具体实施方式
实施例1
1．对AZ91镁合金表面进行机械抛光，然后进行除油去污清洗。
2．配置如下重量浓度的电解液：0.1-5 mol/L Ca(OH)2、0.05-0.2 mol/L磷酸二氢钠，0.1-5 mol/L NH4H2PO4，硝酸铁0.05-20mol/L Fe(NO3)3、0.05-10mol/L硝酸锶Sr(NO3)2。
3．将AZ91镁合金作为阳极进行微弧氧化处理，电压400-600v，电流密度5-8 A/dm2，处理15-50分钟。
4．将表面生成了微弧氧化膜的镁合金进行清洗、干燥。
图1是磁滞回线图，用磁滞回线表征膜层的磁性性能，表明微弧氧化膜层具有磁性，饱和磁化强度可达73A·m2/kg。
图2是耐腐蚀性能示意图，在3.5％NaCl溶液中，用Tafel极化曲线测量耐腐蚀性，用腐蚀电流密度密度和腐蚀电位比较耐蚀性能好坏，膜层的腐蚀电流为8.54×10-7 A/cm2比基体9.09×10-5A/cm2降低，膜层腐蚀电位为-1.64V比基体-1.82提高0.18V，较大的提高了耐蚀性能。
实施例2
1.对ZK60镁合金制品表面进行机械抛光，然后进行除油去污清洗。
2.配置如下重量浓度的电解液：1-2 mol/LCa(NO3)2，0.1-5 mol/L Ca(OH)2，0.1-5mol/L Na3PO4，0.05-20mol/L硝酸铁Fe((NO3)3、0.05-10mol/L硝酸钡Br(NO3)2。
3. 将ZK601镁合金作为阳极进行微弧氧化处理，400-600V，电流密度6-15 A/dm2，处理15-50分钟。
4.将表面生成了微弧氧化膜的镁合金进行清洗、干燥。
对膜层进磁性性能和耐蚀性能测试。饱和磁化强度可达72A·m2/kg，在3.5％NaCl溶液中，用Tafel极化曲线测量耐腐蚀性，用腐蚀电流密度密度和腐蚀电位比较耐蚀性能好坏，膜层的腐蚀电流为3.324×10-6 A/cm2比基体4.36×10-5A/cm2降低，膜层腐蚀电位为-1.352V比基体-1.694提高，较大的提高了耐蚀性能。
实施例3
1.对AM60B镁合金制品表面进行机械抛光，然后进行除油去污清洗。
2.配置如下重量浓度的电解液：0.1-5 mol/L Ca(CH3COO)2，0.1-5 mol/LNH4H2PO4，0.1-5 mol/L Ca3(PO4)2，0.05-20mol/L硝酸铁Fe((NO3)3、0.05-10mol/L硝酸锶Sr(NO3)2、0.05-10mol/L硝酸钡Br(NO3)2。
3.将AM60B镁合金作为阳极进行微弧氧化处理，300-600v，电流密度3-10A/dm2，处理15-50分钟。
4.将表面生成了微弧氧化膜的镁合金进行清洗、干燥。
对膜层进磁性性能和耐蚀性能测试；饱和磁化强度可达72A·m2/kg。在3.5％NaCl溶液中，用Tafel极化曲线测量耐腐蚀性，用腐蚀电流密度密度和腐蚀电位比较耐蚀性能好坏，膜层的腐蚀电流为1.23×10-6 A/cm2比基体8.36×10-5A/cm2降低，膜层腐蚀电位为-1.503V比基体-1.596提高，较大的提高了耐蚀性能。

Claims (5)

1.一种在镁合金表面制备磁性微弧氧化膜层的方法，首先对镁合金制品表面进行除油去污清洗，根据需要可以进行打磨或抛光处理；将镁合金制品置于电解质溶液中作为阳极，进行微弧氧化处理；将表面微弧氧化膜的镁合金制品进行简单清洗和干燥，其特征在于采用的电解质溶液中含有如下浓度的组分：0.1-5 mol/LCa(OH)2、0.1-5 mol/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 NaH2PO4中的任意三种、0.05-10mol/L 的Sr(NO3)2和/或0.05-10mol/L的Ba (NO3)2 和0.05-20mol/L 的Fe(NO3)3。
2.如权利要求1所述的一种在镁合金表面制备磁性微弧氧化膜层的方法，其特征在于：微弧氧化处理采用双向或单向脉冲电源，电压为300-600v, 电流密度在2-15A/dm2之间。
3.如权利要求1所述的一种在镁合金表面制备磁性微弧氧化膜层的方法，其特征在于电解液含有如下浓度的组分：0.1-5 mol/L Ca(OH)2、0.05-0.2 mol/L磷酸二氢钠，0.1-5mol/L NH4H2PO4，硝酸铁0.05-20mol/L Fe(NO3)3、0.05-10mol/L硝酸锶Sr(NO3)2。
4.如权利要求1所述的一种在镁合金表面制备磁性微弧氧化膜层的方法，其特征在于电解液含有如下浓度的组分：1-2 mol/LCa(NO3)2，0.1-5 mol/L Ca(OH)2，0.1-5 mol/LNa3PO4，0.05-20mol/L硝酸铁Fe((NO3)3、0.05-10mol/L硝酸钡Br(NO3)2。
5.如权利要求1所述的一种在镁合金表面制备磁性微弧氧化膜层的方法，其特征在于电解液含有如下浓度的组分：0.1-5 mol/L Ca(CH3COO)2，0.1-5 mol/L NH4H2PO4，0.1-5mol/L Ca3(PO4)2，0.05-20mol/L硝酸铁Fe((NO3)3、0.05-10mol/L硝酸锶Sr(NO3)2、0.05-10mol/L硝酸钡Br(NO3)2。
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