專利名稱：鎂合金表面微弧氧化制備高耐蝕性陶瓷涂層溶液及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鎂合金表面處理技術(shù)，具體地說是一種利用微弧氧化技術(shù)在鎂合金表 面制備高耐蝕性陶瓷涂層的溶液和由該溶液制備復(fù)合陶瓷涂層方法。
背景技術(shù)：
鎂合金具有低密度、高比強度、高比剛度、吸震和電磁屏蔽性能好等優(yōu)點，這使得 鎂合金作為最輕的工業(yè)材料在于汽車上得到應(yīng)用，但耐腐蝕性能較差是鎂合金在實際應(yīng)用 過程中無法回避的問題。汽車在服役過程中又不可避免的接觸到腐蝕環(huán)境，因此提高鎂合 金的耐腐蝕性能對于推動鎂合金在汽車上的應(yīng)用有著重要意義。表面處理技術(shù)可以提高鎂 合金的耐腐蝕性能，其中微弧氧化處理被認為是綜合性能最好的防護鎂合金的方法。目前，商用的微弧氧化技術(shù)所制備出來的涂層的成分多是以氧化鎂為主，由于氧 化鎂在水溶液中的穩(wěn)定性較差。所以，這在一定程度上限制了該氧化膜對基體的保護性能。 最近，有報道證明在氟鋯酸鹽溶液中，可以在鎂合金表面制備出以為主要成分的陶瓷 涂層，而且這種涂層與傳統(tǒng)微弧氧化涂層相比具有更好的耐蝕性。然而，通過這些工藝制備 出來的陶瓷涂層比較粗糙，甚至在微弧氧化后鎂合金表面出現(xiàn)比較大的熔坑。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服鎂合金工件在氟鋯酸鹽中微弧氧化處理后表面比較粗糙和在氧化溶液 中腐蝕嚴重的缺點，本發(fā)明目的在于提供一種能在鎂合金表面制備形成以氧化鋯、氟化鎂 為主要成分的高耐腐蝕性陶瓷涂層的溶液和由該溶液制備陶瓷涂層及制備復(fù)合陶瓷涂層 方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是鎂合金表面微弧氧化制備高耐蝕性陶瓷涂層溶液，它由以下成分組成6 12克 /升氟鋯酸鹽、2 10克/升磷酸二氫鹽、2 8克/升氟化物、2 10克/升檸檬酸鹽，其 余為水。所述氟鋯酸鹽為氟鋯酸鉀、氟鋯酸銨、氟鋯酸鈉中的一種或幾種的混合物。所述磷酸二氫鹽為磷酸二氫銨、磷酸二氫鈉、磷酸二氫鉀中的一種或幾種的混合 物。所述的氟化物為氟化鉀、氟化銨、氟化鈉、氟化氫銨中的一種或幾種的混合物。所述的檸檬酸鹽為檸檬酸、檸檬酸鉀、檸檬酸鈉、檸檬酸鉀鈉中的一種或幾種的混 合物。所述的鎂合金表面微弧氧化制備高耐蝕性陶瓷涂層溶液的應(yīng)用，具體步驟如下1)對工件進行機械預(yù)處理和脫脂處理；2)單層陶瓷涂層制備配制由6 12克/升氟鋯酸鹽、2 10克/升磷酸二氫鹽、2 8克/升氟化物、 2 10克/升檸檬酸鹽組成的水溶液，用掛具將經(jīng)過預(yù)處理的鎂合金工件夾持好后浸入到溶液中，進行微弧氧化處理，微弧氧化電源采用恒壓式脈沖電源。所述的鎂合金表面微弧氧化制備高耐蝕性陶瓷涂層溶液的應(yīng)用，其特征在于，具 體步驟如下1)對工件進行機械預(yù)處理和脫脂處理；2)常規(guī)微弧氧化處理用掛具將經(jīng)過前處理的鎂合金樣品夾持好后，浸入到常規(guī)微弧氧化處理液中，進 行微弧氧化處理；3)多層陶瓷涂層制備配制由6 12克/升氟鋯酸鹽、2 10克/升磷酸二氫鹽、2 8克/升氟化物、 2 10克/升檸檬酸鹽組成的水溶液，用掛具將經(jīng)過常規(guī)微弧氧化處理的鎂合金工件夾持 好后浸入到溶液中，進行微弧氧化處理，微弧氧化電源采用恒壓式脈沖電源。所述的鎂合金表面微弧氧化制備高耐蝕性陶瓷涂層溶液的應(yīng)用，其特征在于，恒 壓式脈沖電源的工藝參數(shù)如下電壓范圍為350 420V，頻率范圍為100 1000Hz，占空比20 60%，陰極材料 為不銹鋼片，溶液控制溫度為15 30°C之間，氧化時間為10 30分鐘。本發(fā)明具有如下優(yōu)點1、本發(fā)明處理液成分簡單，易于控制，工藝穩(wěn)定。2、采用本發(fā)明制備微弧氧化涂層前處理工藝簡單，獲得的陶瓷涂層表面微孔較 少，較少的侵蝕性離子從微孔中滲入，從而造成基體金屬腐蝕的可能，因而不需要封孔等后處理。3、采用本發(fā)明制得的涂層，厚度均勻、致密、表面粗糙度低，與基體結(jié)合力好。4、本發(fā)明的原料易得，用掛具將經(jīng)過前處理和常規(guī)微弧氧化處理的鎂合金工件夾 持好后浸入到溶液中，進行微弧氧化處理即可，適合工業(yè)化生產(chǎn)。5、采用本發(fā)明獲得復(fù)合陶瓷涂層的外層都是由性質(zhì)更加穩(wěn)定的氧化物所組成，從 而使經(jīng)過處理的鎂合金耐腐蝕性大大提高。


圖1為本發(fā)明實施例1陶瓷涂層的X射線衍射圖譜。圖2為本發(fā)明實施例3陶瓷涂層的X射線能譜。圖3為本發(fā)明實施例3陶瓷涂層的電鏡圖。圖4為本發(fā)明實施例5陶瓷涂層的電鏡圖。圖5為圖4的放大圖。
具體實施例方式實施例1 鎂合金表面微弧氧化制備高耐蝕性陶瓷涂層溶液的成分如下12克/升氟鋯酸鉀、10克/升磷酸二氫銨、2克/升氟化鉀、10克/升檸檬酸鈉和 余量水；樣品為AM60壓鑄鎂合金。微弧氧化電源采用恒壓式脈沖電源，參數(shù)為400V電壓、 IOOHz頻率、60%占空比。其制備單層陶瓷涂層的方法為
1)機械預(yù)處理和脫脂處理；本發(fā)明中，所述的機械預(yù)處理是指用噴砂或者砂紙對試樣進行研磨，去除毛刺、表 面氧化物等；脫脂處理是指用10克/升氫氧化鈉、15克/升磷酸鈉、15克/升碳酸鈉復(fù)配水 溶液洗滌，除去一般污物、燒結(jié)附著的潤滑劑、切削劑等，溫度控制在70°C，時間為5分鐘；2)微弧氧化用掛具將鎂合金工件夾持好后，浸入到上述溶液中進行陽極氧化處理，陰極材料 為不銹鋼片，溶液控制溫度為25°C，氧化時間為10分鐘；以上每個步驟后均水洗。本實施例中，陶瓷涂層的厚度為11 μ m，涂層的元素組成如下Zr、Mg、0、F、Al，相 結(jié)構(gòu)主要包括 C-Zr2O, t-Zr02、MgF2、MgO (圖 1)。由圖1可以看出，衍射峰主要包括c_&20、t-Zr02, MgF2, MgO和α -Mg等峰，其中 α -Mg峰來自于基體，其他峰來自于膜層。另外，MgO對應(yīng)的峰比較弱，表明膜層中MgO的含 量比較少。本實施例中，陶瓷涂層的性能參數(shù)如下膜層粗糙度為Ra值為0. 81 μ m，全浸實驗 144小時無點蝕產(chǎn)生。實施例2 鎂合金表面微弧氧化制備高耐蝕性陶瓷涂層溶液的成分如下6克/升氟鋯酸鈉、8克/升磷酸二氫鈉、8克/升氟化氨、2克/升檸檬酸鉀和余量 水；樣品為AZ31擠壓鎂合金。微弧氧化電源采用恒壓式脈沖電源，參數(shù)為350V電壓、500Hz 頻率、20%占空比。其制備方法與實施例1相同。本實施例中，陶瓷涂層的厚度為12. 5 μ m，涂層的元素組成如下Zr、Mg、0、F、Al， 相結(jié)構(gòu)主要包括c-&20、t-&02、MgF2、MgO。本實施例中，陶瓷涂層的性能參數(shù)如下膜層粗糙度為Ra值為0. 88 μ m，全浸實驗 168小時無點蝕產(chǎn)生。實施例3 鎂合金表面微弧氧化制備高耐蝕性陶瓷涂層溶液的成分如下6克/升氟鋯酸鈉、10克/升磷酸二氫鉀、2克/升氟化鈉、6克/升檸檬酸鉀鈉和 余量水；樣品為AM50壓鑄鎂合金。微弧氧化電源采用恒壓式脈沖電源，參數(shù)為390V電壓、 IOOOHz頻率、60%占空比。其制備方法與實施例1相同。本實施例中，陶瓷涂層的厚度為12. 1 μ m，涂層的元素組成如下Zr、Mg、0、F、Al， 相結(jié)構(gòu)主要包括c-&20、t-&02、MgF2、Mg0(圖2、圖3、表1)。表 權(quán)利要求
鎂合金表面微弧氧化制備高耐蝕性陶瓷涂層溶液，其特征在于，它由以下成分組成6～12克/升氟鋯酸鹽、2～10克/升磷酸二氫鹽、2～8克/升氟化物、2～10克/升檸檬酸鹽，其余為水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金表面微弧氧化制備高耐蝕性陶瓷涂層溶液，其特征在 于，所述氟鋯酸鹽為氟鋯酸鉀、氟鋯酸銨、氟鋯酸鈉中的一種或幾種的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金表面微弧氧化制備高耐蝕性陶瓷涂層溶液，其特征在 于，所述磷酸二氫鹽為磷酸二氫銨、磷酸二氫鈉、磷酸二氫鉀中的一種或幾種的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金表面微弧氧化制備高耐蝕性陶瓷涂層溶液，其特征在 于，所述的氟化物為氟化鉀、氟化銨、氟化鈉、氟化氫銨中的一種或幾種的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金表面微弧氧化制備高耐蝕性陶瓷涂層溶液，其特征在 于，所述的檸檬酸鹽為檸檬酸、檸檬酸鉀、檸檬酸鈉、檸檬酸鉀鈉中的一種或幾種的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金表面微弧氧化制備高耐蝕性陶瓷涂層溶液的應(yīng)用，其 特征在于，具體步驟如下1)對工件進行機械預(yù)處理和脫脂處理；2)單層陶瓷涂層制備配制由6 12克/升氟鋯酸鹽、2 10克/升磷酸二氫鹽、2 8克/升氟化物、2 10克/升檸檬酸鹽組成的水溶液，用掛具將經(jīng)過預(yù)處理的鎂合金工件夾持好后浸入到溶液 中，進行微弧氧化處理，微弧氧化電源采用恒壓式脈沖電源。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金表面微弧氧化制備高耐蝕性陶瓷涂層溶液的應(yīng)用，其 特征在于，具體步驟如下1)對工件進行機械預(yù)處理和脫脂處理；2)常規(guī)微弧氧化處理用掛具將經(jīng)過前處理的鎂合金樣品夾持好后，浸入到常規(guī)微弧氧化處理液中，進行微 弧氧化處理；3)多層陶瓷涂層制備配制由6 12克/升氟鋯酸鹽、2 10克/升磷酸二氫鹽、2 8克/升氟化物、2 10克/升檸檬酸鹽組成的水溶液，用掛具將經(jīng)過常規(guī)微弧氧化處理的鎂合金工件夾持好后 浸入到溶液中，進行微弧氧化處理，微弧氧化電源采用恒壓式脈沖電源。
8.按照權(quán)利要求6或7所述的鎂合金表面微弧氧化制備高耐蝕性陶瓷涂層溶液的應(yīng) 用，其特征在于，恒壓式脈沖電源的工藝參數(shù)如下電壓范圍為350 420V，頻率范圍為100 1000Hz，占空比20 60%，陰極材料為不 銹鋼片，溶液控制溫度為15 30°C之間，氧化時間為10 30分鐘。
全文摘要
本發(fā)明涉及鎂合金表面處理技術(shù)，具體地說是一種鎂合金表面微弧氧化制備高耐蝕性陶瓷涂層溶液及其應(yīng)用，克服鎂合金工件在氟鋯酸鹽中微弧氧化處理后表面比較粗糙和在氧化溶液中腐蝕嚴重的缺點。微弧氧化溶液由6～12克/升氟鋯酸鹽、2～10克/升磷酸二氫鹽、2～8克/升氟化物、2～10克/升檸檬酸鹽組成。由該溶液制備復(fù)合陶瓷涂層的方法為將分別經(jīng)過前處理和常規(guī)微弧氧化處理的鎂合金工件在本發(fā)明的微弧氧化處理溶液中進行處理，得到復(fù)合陶瓷涂層。與常規(guī)鎂合金微弧氧化涂層相比，復(fù)合陶瓷涂層具有更好的耐蝕性，復(fù)合陶瓷涂層厚度均勻、致密、表面粗糙度低，無需進行封孔等后處理；本發(fā)明溶液成分簡單、原料易得、適合于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號C25D11/30GK101994145SQ20091001324
公開日2011年3月30日 申請日期2009年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月19日
發(fā)明者劉賢斌, 劉鋒, 單大勇, 宋影偉, 韓恩厚 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所