[發(fā)明專利]鎂合金微弧氧化黑色陶瓷膜制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810051692.7
• 申請(qǐng)日: 2008-12-29
• 公開（公告）號(hào): CN101476146A
• 公開（公告）日: 2009-07-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 潘利華;臺(tái)洪波;張樹恒;李俊玲;王嵐;金巨廣
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所
• 主分類號(hào): C25D11/30
• 分類號(hào): C25D11/30
• 代理公司: 長春科宇專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 馬守忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鎂合金表面處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及鎂合金微弧氧化(MAO)黑色陶瓷膜制備方法。

技術(shù)背景

鎂是結(jié)構(gòu)材料中最輕的金屬，它的比重是鋁的2/3，鋼的1/4。鎂合金具有許多優(yōu)異的性能，鑄造鎂合金比強(qiáng)度高于鋁合金和鋼，鍛造鎂合金比剛度與鋁合金和鋼相當(dāng)，其機(jī)械加工性能、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性能優(yōu)良，減震性、電磁屏蔽性遠(yuǎn)優(yōu)于鋁合金。它具有良好的低溫性能，超導(dǎo)性和儲(chǔ)氫性能，可回收再利用，對(duì)環(huán)境的污染小。由于鎂合金的這些優(yōu)良性能，被譽(yù)為21世紀(jì)最富于開發(fā)和應(yīng)用潛力的“綠色工程材料”。

然而，鎂合金的電極電位極低，當(dāng)在潮濕的氣氛中或與其它高電位金屬接觸時(shí)極易產(chǎn)生腐蝕，因此鎂合金作為材料應(yīng)用時(shí)，必須采用可靠的表面防護(hù)措施。

微弧氧化(Microarc?Oxidation，簡稱MAO)又稱等離子體氧化或陽極火花沉積。該技術(shù)是將鋁，鎂，鈦，鈮等輕金屬及其合金置于電解液中，在熱化學(xué)，等離子化學(xué)和電化學(xué)的共同作用下，在金屬表面生成陶瓷氧化膜層。

1932年，Gunterschules和‘Betz’第一次報(bào)道了鋁合金陽極火花放電現(xiàn)象，后來研究發(fā)現(xiàn)火花放電現(xiàn)象可以在金屬表面生成氧化膜。50年代，美國開始在某些兵工廠里研究陽極火花沉積。從70年代開始，美國伊利諾大學(xué)和德國卡爾馬克思城工業(yè)大學(xué)等單位用直流或單向脈沖電源開始研究Al、Ti等閥金屬表面火花放電沉積膜，并命名為陽極火花沉積(ASD-Anodic?Spark?Deposition)和火花放電陽極氧化(德文縮寫ANOF)。俄羅斯科學(xué)院無機(jī)化學(xué)研究所的研究人員1977年獨(dú)立地發(fā)表了一篇論文，開始了此項(xiàng)技術(shù)研究。他們采用交流電壓模式，使用電壓比火花放電陽極氧化高，并稱之為微弧氧化。

隨著鎂合金MAO表面處理技術(shù)的日趨完善和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，對(duì)鎂合金MAO表面處理技術(shù)提出了裝飾性需求，由于膜層顏色單調(diào)(灰色)，希望MAO技術(shù)實(shí)現(xiàn)色澤多元化。

在鎂合金MAO著色研究方面，國外沒有查到相關(guān)文獻(xiàn)。

中國關(guān)于對(duì)鎂合金MAO膜層著色的研究主要采用陰離子做著色添加劑。如蘭州理工大學(xué)利用KMnO₄與一種絡(luò)合劑和k₂Cr₂O₇在鎂合金表面MAO著色(陳同環(huán).金屬型AZ91D鎂合金MAO著色膜制備與性能的研究.蘭州理工大學(xué)碩士學(xué)位論文)和(范松巖.鎂合金MAO電解液配方及膜層著色研究.蘭州理工大學(xué)碩士學(xué)位論文)。閻峰云采用k₂Cr₂O₇做為著色鹽在鎂合金表面形成綠色的陶瓷膜(閻峰云，范松巖，張文群，張玉海.[J]《材料保護(hù)》·鎂合金微弧氧化綠色陶瓷膜的制備，2008(07))，西安理工大學(xué)利用釩酸鹽與其它物質(zhì)的不同配比得到棕色和綠色系列的陶瓷膜(王衛(wèi)鋒，蔣百靈，李均明，時(shí)惠英.[J]《新技術(shù)新工藝》·材料與表面處理技術(shù)，2006(3))。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明以“與陰離子相比較而言，金屬陽離子色彩豐富”的思路為出發(fā)點(diǎn)，基于不同的電解液配方對(duì)膜層有不同的著色效果，膜層的色澤主要是由膜層中所形成的金屬氧化物或其鹽類與硅酸鹽的結(jié)構(gòu)所決定的考慮。本發(fā)明采用金屬陽離子A²⁺為主要著色劑，首先用絡(luò)合劑B將其與A²⁺絡(luò)合生成絡(luò)離子[AB₂]²⁺，加入到以硅酸鈉為主鹽的基礎(chǔ)電解液中，對(duì)鎂合金進(jìn)行MAO的同時(shí)進(jìn)行著色，在保證鎂合金耐蝕、耐磨的同時(shí)又可以獲得黑色陶瓷膜，滿足某些特殊領(lǐng)域需求，拓展了其應(yīng)用領(lǐng)域。

顏色的評(píng)定依據(jù)GB/T?14952.3-94，以RGB常用顏色表中RGB值作為參照色標(biāo)，當(dāng)RGB值都為0時(shí)為純黑色，采用目視觀察法。

下面介紹鎂合金微弧氧化黑色陶瓷膜制備方法的步驟和條件：

I、使用的試劑為：

主成膜劑硅酸鈉(Na₂SiO₃·9H₂O)，

成膜輔助劑為氟化鉀(KF·2H₂O)，

pH值調(diào)節(jié)劑氫氧化鉀(KOH)，

絡(luò)合劑B：濃氨水，

著色劑A：五水硫酸銅，

II、使用的設(shè)備為：主要由西安理工大學(xué)研制的MAO120HD-II型微弧氧化設(shè)備；

III、稀土鎂合金材料為：SJDM-1稀土鎂合金，主要成分如表1：

表1??SJDM-1稀土鎂合金化學(xué)成分(Wt％)