[发明专利]镁合金表面高耐蚀性微弧氧化复合膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于镁合金表面处理技术，具体涉及在镁合金表面进行微弧氧化和原位封孔复合工艺，获得低空隙、高耐蚀性、色彩多样化的陶瓷复合膜的制备方法。

背景技术

镁合金是实际应用中最轻的金属结构材料(其密度是钢铁的1/4，铝的2/3)，它具有比重轻，比强度和比刚度高，阻尼减震性强、导热性能好、抗冲击性能好、电磁屏蔽能力强、容易回收利用等一系列优点，被誉为“21世纪最有发展潜力的绿色工程材料”。作为新一代绿色、高强、轻质的金属结构材料，镁合金在汽车工业、航空航天、武器装备、以及计算机、通信产品及消费类3C电子产品领域具有一些其他材料无法比拟的优势。但是镁合金的化学和电化学活性高，耐蚀性能极差。在大气中镁合金零件表面生成的氧化膜疏松多孔，极易发生大气腐蚀和接触腐蚀。此外，大多数镁合金质地柔软，硬度较低，表面出较差的耐磨性，这些都大大限制了其在民用和国防领域的应用。

事实证明，防止镁合金腐蚀和磨损最有效、最简便的方法是对其进行表面处理。目前国内外应用的镁合金表面处理方法主要包括化学转化、阳极氧化、微弧氧化处理、电镀/化学镀、有机物涂层、激光表面改性、气相沉积和表面渗层处理等。其中微弧氧化(MAO)技术，是在普通阳极氧化的基础上发展起来的一种表面处理新技术。应用该技术可以在Al、Mg、Ti等金属表面原位生长一层陶瓷薄膜。通过对工艺过程进行控制，可以使生成的陶瓷膜具有优异的耐磨和耐蚀性能，较高的硬度和绝缘电阻。与其它同类技术相比，膜层的综合性能有较大提高，且工艺简单，易操作，处理效率高，现已成为轻质合金表面工程发展的一个重要方向。但是，镁合金微弧氧化膜存在许多固有微孔和缺陷，在腐蚀环境中腐蚀液可以通过这些微孔渗入到基体而造成材料的腐蚀，使涂层的防腐作用和寿命大大降低。未经封孔后处理的微弧氧化膜，虽然对镁合金的自然腐蚀有一定的保护作用，但却对镁合金的电偶腐蚀没有保护作用。因此，必须对微弧氧化膜进行封孔后处理。

现有的技术和工艺大多采用微弧氧化后处理来尽量封闭这些微孔和缺陷。如CN200410100410.X号专利申请，是采用将镁合金微弧氧化后的膜层放入硅酸钠水溶液中高温加热封孔，或将微弧氧化膜层放入Al₂O₃溶胶中提拉成膜后，然后在200℃左右加热封孔。而专利CN200610104404.0是将微弧氧化后的工件清洗后进行电泳处理，在镁合金微弧氧化膜层的表面获得一定厚度的电泳漆膜，来达到封孔的目的。国内外也有人采用热喷涂、物理气相沉积薄膜以及涂装等工艺对所得镁合金微弧氧化膜进行表层封孔后处理。然而通过这些后处理获得的封孔膜层大多会显著改变镁合金微弧氧化膜层原有的优异特性，同时这些后处理封孔工艺大多存在工艺复杂、成本高、以及污染环境等方面的问题。

因此，开发一种新技术能够在获得微弧氧化膜层的过程中，也同时能够达到原位一步封孔的效果，将会极大地推动微弧氧化技术在镁合金关键零部件表面防护方面的实际推广应用。

发明内容

为了解决现有镁合金微弧氧化膜层后处理封孔工艺的上述缺点，本发明的目的在于提出一种在镁合金微弧氧化过程中实现一步原位封孔工艺，从而在镁合金表面获得低空隙和高耐蚀性的微弧氧化复合陶瓷膜。

本发明的上述目的是通过以下方法实现的：

本发明通过将溶胶—凝胶这种传统上用于制备纳米颗粒的工艺引入到镁合金表面的微弧氧化处理中，将TiO₂溶胶直接加入到微弧氧化电解液中，利用TiO₂溶胶颗粒在微弧氧化膜层中的吸附和微孔的机械捕获作用，以及微弧氧化过程中的弧光放电产生的瞬时高温高压将TiO₂溶胶颗粒锻烧固化，最终实现原位封孔效果，获得致密的微弧氧化复合膜层。

一种镁合金表面高耐蚀性微弧氧化复合膜的制备方法，其特征在于：将TiO₂溶胶加入到基础电解液中得到复合电解液，其中基础电解液选自磷酸盐体系电解液或者硅酸盐体系电解液；用双极性脉冲微弧氧化电源设备对镁合金进行氧化处理，将经过常规预处理后的镁合金样品作为阳极，不锈钢电解池兼作阴极；电源设定频率为150Hz，正脉宽1.0ms，负脉宽1.5ms，占空比37.5％；微弧氧化处理过程中电解液温度始终保持在25～30℃之间，时间为30～60min；微弧氧化处理结束后，用自来水将样品冲洗干净，自然晾干即可在镁合金工件表面获得一层致密的含TiO₂封孔相的微弧氧化复合膜。

本发明所述的磷酸盐体系电解液中含有8～12g/L磷酸钠以及0.5～1.5g/L氢氧化钾。