[发明专利]一种镁合金表面蓝色自封孔陶瓷层及制备方法

说明书

一种镁合金表面蓝色自封孔陶瓷层由Ti掺杂氧化镁组成，厚度为5～30µm，Ti含量为0‑10 at.%；制备方法通过调控微弧氧化电解液中着色剂含量以及电参量，可实现微弧氧化陶瓷层中掺杂金属元素含量的调控，利用金属元素的光干涉作用，进而形成蓝色微弧氧化陶瓷层，其金属元素掺杂含量为0‑10at.%，陶瓷层厚度为5～30µm。本发明的优点是，蓝色陶瓷层具有自封孔特征，相比于已有的镁合金表面白色微弧氧化陶瓷层，耐蚀性和力学性能得倒大幅改善，更适用于产业化推广，可在3C产品、装饰、军工和光学设备等领域获得应用。

技术领域

本发明涉及金属表面兼具防护与装饰涂层的技术领域，具体涉及一种利用陶瓷层中掺杂元素形成光的干涉，实现镁表面具有优异防护性能的蓝色微弧氧化陶瓷层制备方法，在3C、装饰、军工等领域具有较大应用潜力。

背景技术

镁(Magnesium)是自然界中一种含量极其丰富的元素，也是最轻和最易机加工的结构金属，具有许多优异的性能，如高的比强度和比模量、良好的可铸性、可焊性、高延展性、高热导电导率、高尺寸稳定性、优异的阻尼性能等。目前金属镁已经在3C产品上得到广泛的应用，手机外壳、笔记本外壳上都有镁产品的应用。由于镁的化学活性强、硬度低，严重地制约了其在3C产品上的应用。表面改性技术是改善镁合金性能的一个有效手段，目前最有潜力的是微弧氧化技术。但镁合金微弧氧化陶瓷膜层最为成熟的工艺是制备白色的膜层，难以满足3C产品的应用要求。因此，开发镁合金表面蓝色微弧氧化膜层可丰富镁合金表面微弧氧化膜层的颜色体系，同时也能为完善微弧氧化膜层的形成理论提供技术支持。在将微弧氧化用于装饰性方面，国内外鲜见报道。本专利申请工作研究了不同工艺条件对镁合金蓝色氧化膜层结构和耐蚀性能的影响，制备出了耐蚀性优良、膜层色彩鲜艳的蓝色微弧氧化膜层。兼顾了镁合金表面处理的耐蚀性和装饰性。

微弧氧化着色技术的原理简单概括为将被处理的镁合金制品做阳极，使被处理样品表面在脉冲电场的作用下产生微弧放电,在基体上生成一层与基体以冶金形式相结合的包含氧化镁和着色盐化合物的陶瓷层。在电解着色中金属盐是色素的来源。而在阳极氧化着色中，采用的是二次着色，即先对基体进行阳极氧化处理，获得氧化膜层后再进行着色和封孔等处理。微弧氧化的着色原理与上述两种方法不同，着色溶液中的金属盐在电解液里直接参与电化学反应和化学反应，因此，在选择微弧氧化着色盐时，必须要从化学反应后得到的化合物能否呈现颜色角度来考虑。通过添加发色成分使微弧氧化膜色彩具有多样性，氧化膜的颜色取决于陶瓷膜的成分。从陶瓷发色原理来讲，陶瓷膜的发色成分是以分子或离子的形式存在,可以是以简单离子着色(在可见光范围内有选择地吸收)，如Cu2+或者Fe3+；也可以是以复合离子着色。一些含有不稳定电子层的元素，如过渡族元素、稀土元素等，它们区别于普通金属的一个重要特征是它们的离子和化合物都显色，例如Co3+能吸收橙、黄和部分绿光，略带蓝色；Ni2+能吸收紫、红光而呈紫绿色；Cu2+可以吸收红、橙、黄和紫光，让蓝、绿光通过，呈现蓝色；Cr3+可以吸收红、光而带着绿色。其化合物的颜色多取决于着色离子的颜色，只要着色离子进入膜层，膜层的颜色就由该离子或其化合物的颜色来决定。某些离子如Ti(Ⅳ)、V(Ⅴ)、Cr(Ⅵ)、Mn(Ⅶ)等本身是没有颜色的，但它们的氧化物和含氧酸根的颜色却随着离子电荷数的增加而向短波长的方向移动：TiO2白色、V2O5橙色、CrO3暗红、Mn2O7绿紫、TiO2+无色、VO3-黄色、CrO42-黄色、MnO4-紫色。国内大多采用NaOH或Na2SiO3作电解液的主要成分，同时添加一定的金属盐，如Co盐和Ni盐等来制备着色微弧氧化膜。高引慧等人指出，在Na2SiO3为主盐的溶液中加入KMnO4行微弧氧化着色反应，可以在镁表面得到颜色均匀、致密性较好的黄色氧化膜陶瓷层。阎峰云等人]的研究结果表明，在含有NaAlO2、K2Cr2O7、少量NaOH和H2O2的电解液中进行微弧氧化着色反应，可以得到颜色均匀、致密性较好的绿色陶瓷膜层。陈同环等人研究结果表明，在KMnO4为着色盐的硅酸盐体系电解液中进行微弧氧化反应，随着溶液浓度的变化，膜层颜色按照淡黄色深黄色咖啡色变化。