[发明专利]镁合金阳极氧化处理用电解液及处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种镁合金表面处理技术，特别涉及一种可在镁合金表面生成光滑、均匀、致密、耐腐蚀陶瓷层的镁合金阳极氧化处理用电解液以及采用该电解液对镁合金表面进行处理的方法。

背景技术

镁合金是目前最轻的金属结构材料，比刚度与铝合金相近，比强度高于铝合金，能承受较大的冲击载荷且切削加工、铸造性能优良，具有广阔的应用前景。但是镁是工业合金中化学活泼性最高的金属，呈现出很高的化学和电化学活性，耐腐蚀性差。因此需要通过表面处理的方法来改善镁合金的耐腐蚀性能。其中，镁合金阳极氧化是最为有效的表面处理技术。阳极氧化是利用电化学的方法在金属基体表面产生一层稳定的氧化物膜层来增加镁合金的耐腐蚀性。氧化物膜层在基体表面原位生长，与基体的结合力强，耐磨性耐蚀性良好。同时由于膜层具有多孔结构，可通过涂漆、染色、浸渍、封孔等技术获得不同性能的膜层。

目前，镁合金氧化技术正向着节能、绿色、环保的方向不断发展，主要经历了三个阶段：

A.镁合金阳极氧化技术最早出现在20世纪50年代，主要有HAE、Dow17、Cr-22等方法，至今仍然在广泛使用。由于氧化镁在碱性条件下较为稳定，一般以碱性电解液为主（除Dow17法以外）。这些方法的主要问题在于存在六价铬离子的污染。如Dow17法电解液中加入了铬盐，HAE法虽然电解液以KMnO₄为主但为了得到良好的耐蚀性需要使用铬酸盐封孔。因此，上述方法污染环境，废液处理成本高。

B.在20世纪80年代出现了无铬阳极氧化技术，如：新西兰的Anomag法、德国的Magoxid-coat法、美国的Tagnite法、日本的UBE-5法等，这些方法不含Cr⁶⁺，但是仍然要考虑F^-的毒性以及PO₄^3-对水体富营养化的污染。

C.21世纪初绿色、环保的镁合金阳极氧化电解液成为研究重点。目前环保型阳极氧化电解液的主要研究方向是向碱性电解液的基础体系中加入添加剂来改善膜层性能。碱性电解液主要集中在铝酸盐和硅酸盐两大系列。铝酸盐系能促进膜层生长，使膜层致密，降低自腐蚀电流，提高耐蚀性能，还有助于增加膜厚降低表面粗糙度，但是铝酸盐电解液不易控制，溶液易浑浊，极大影响成膜效果。硅酸盐系溶液稳定，能促进基体合金的氧化，并形成难容化合物，使膜层均匀细化，形成致密的耐蚀层。具有代表性的专利有：中国科学院金属研究所张永君的《镁及镁合金环保型阳极氧化电解液及应用》（公告号CN 01114075）、中国科学院金属研究所张荣发的《一种环保型镁合金微弧氧化以及微弧氧化方法》（公告号CN200410100411）、重庆大学张丁非的《镁合金阳极氧化处理的电解液及对镁合金表面处理的方法》（公告号CN 10498026B）。虽然这些方法实现了绿色环保的要求，但是仍普遍存在电解液不稳定和膜层性能差的问题，特别是由于对氧化时的电弧放电不加控制，导致电流效率较低，溶液升温迅速，操作时需采用冷却手段，工艺复杂难以满足实际需求。

发明内容

针对以上问题，本发明提供一种镁合金阳极氧化处理用电解液及处理方法。

其技术解决方案是：

一种镁合金阳极氧化处理用电解液，其包含以下组分：聚天冬氨酸盐20-60ml/L、碱金属硅酸盐40-100g/L、硼酸或四硼酸钠10-40g/L、氨水150-300ml/L或有机胺50-200ml/L，所述电解液的pH值为11-13。

上述电解液中各组分的作用如下：碱金属硅酸盐在碱性阳极氧化电解液中作为成膜剂，用于促进机体的氧化，形成难溶氧化物，使膜层细化、坚硬、致密，改善均匀性，可显著增强膜层的耐蚀性还可增加膜层光泽。硼酸或四硼酸钠具有促进成膜和增加膜厚的作用，还可改善颜色并降低起弧电压，一般来说浓度越高膜层越厚耐蚀性越好，但当浓度过高时会导致成膜质量下降。氨水或有机胺在镁合金成膜过程中能抑制膜层击穿放电，且浓度与抑弧效果有关，一般来说浓度越高抑弧效果越明显，但浓度过高会使膜层厚度大幅降低。聚天冬氨酸盐具有缓蚀和环保的双重作用，它作为水溶性聚合物，呈碱性，是一种新型绿色水处理剂和缓蚀剂，具有无磷、无毒无公害、可完全生物降解的特性，对离子具有极强的螯合能力，能改变双电层结构，是一种以抑制阳极为主的缓蚀剂，实验证明聚天冬氨酸盐不仅对镁合金有缓蚀作用还对成膜有促进作用。