[發明專利]金屬微弧氧化電解液及金屬微弧氧化表面黑色陶瓷化方法

有效

• 申請號: 201110278796.3
• 申請日: 2011-09-19
• 公開（公告）號: CN102367584A
• 公開（公告）日: 2012-03-07
• 發明（設計）人: 劉雪峰;劉剛;謝建新
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C25D11/02
• 分類號: C25D11/02
• 代理公司: 北京東方匯眾知識產權代理事務所(普通合伙) 11296
• 代理人: 朱元萍

技術領域

?本發明屬于金屬表面處理技術領域，具體涉及一種金屬微弧氧化電解液及表面黑色陶瓷化方法。。

背景技術

微弧氧化（又稱微等離子體氧化）是一種通過電解液與相應電參數的組合，在鋁、鎂、鈦、鋯、鉭、鈮及其合金表面依靠弧光放電產生的瞬時高溫高壓作用，原位生長出以基體金屬氧化物為主的陶瓷膜層的新型表面處理技術。所制備的陶瓷膜層與基體結合牢固，結構致密，韌性高，具有良好的耐磨、耐蝕、耐高溫沖擊和電絕緣等特性。微弧氧化技術實施容易，膜層功能調節方便，且工藝簡單，對環境無污染，是一項全新的綠色環保型金屬表面處理技術，在航空、航天、汽車、建筑、電子、機械、裝飾等行業用途廣泛。通常以防護為目的時，金屬表面只要實現微弧氧化陶瓷化即可；但是對于航空發動機、部分光學儀器以及某些軍用裝置等所用金屬件，還要求其表面陶瓷膜層為黑色，以利于降低反光率或者增大熱輻射。另外，由于黑色的裝飾性能優異，表面具有黑色陶瓷膜層的金屬在建筑、家電及汽車制造等領域有著廣泛應用。

目前，人們已經開始進行在金屬表面獲得所需顏色微弧氧化陶瓷膜層的相關研究：申請號為200810051692.7的中國發明專利采用五水硫酸銅為著色添加劑，用氨水對Cu²⁺進行絡合后加入電解液，對鎂合金進行微弧氧化在其表面制得黑色陶瓷膜層；申請號為02111521.4的中國發明專利以高錳酸鉀或硝酸鎳為著色添加劑，在鎂合金表面制得淺橙色和咖啡色等彩色膜層；申請號為200710056085.5的中國發明專利以重鉻酸鉀為著色添加劑，對稀土鎂合金進行微弧氧化，制得淺綠、中綠和深綠一系列綠色陶瓷膜層；申請號為200710125721.5的中國發明專利以焦磷酸銅/硫酸銅為著色添加劑，在鋁合金和鎂合金表面制得了粉紅色的陶瓷膜層。但是，現有技術存在著明顯的不足：利用無機鹽作為著色添加劑，具有成本較高，污染環境等問題；所得制品表面陶瓷膜層薄，黑色度較低，微孔和裂紋偏多，陶瓷膜層致密度不夠高；所形成的陶瓷主要為氧化物陶瓷，質地較脆。

色素炭黑是氣態或液態的碳氫化合物在空氣不足的條件下進行不完全燃燒或熱裂分解所生成的無定形碳，其元素組成以碳為主。將色素炭黑在沒有氧的情況下加熱到2700℃時，色素炭黑則轉變成石墨。石墨化后的色素炭黑的化學活性及與基體的結合能力等都將下降。

色素炭黑是現代工業中應用最為成熟的一種發黑物質，對光、熱和化學試劑等均具有很高的穩定性，具有耐候性好、無毒、黑度和著色力高等優點。但是，目前尚未將色素炭黑用作微弧氧化制備金屬表面黑色陶瓷膜層的著色添加劑。因此，開發以色素炭黑為著色添加劑的微弧氧化電解液及金屬表面黑色陶瓷膜層制備方法，對于推動金屬表面高質量黑色陶瓷膜層的綠色制備具有重要指導意義。

發明內容

本發明的目的在于克服現有金屬表面微弧氧化黑色陶瓷化技術中存在的不足，即采用無機鹽作為著色添加劑存在的成本較高、環境污染較重，陶瓷膜層薄、黑色度較低、膜層致密度不高，氧化物陶瓷質地較脆等問題，提出以無機顏料色素炭黑作為著色添加劑，在金屬表面制備出由炭黑微粒、氧化物和碳化物共同構成的黑色度高、厚度值大的高質量微弧氧化陶瓷膜層，提供一種環境友好的低成本金屬微弧氧化電解液，還提供一種實現金屬表面微弧氧化黑色陶瓷化的方法。

本發明提供的一種金屬微弧氧化電解液含有硅酸鈉、氟化鈉、氫氧化鉀、檸檬酸鈉、鎢酸鈉以及色素炭黑。所述硅酸鈉的濃度為1.0~10.0g/L，所述氫氧化鉀的濃度為1.0~5.0g/L，所述氟化鈉的濃度為1.0~5.0g/L，所述鎢酸鈉的濃度為0.5~2.5g/L，所述檸檬酸鈉的濃度為0.3~0.9g/L，所述色素炭黑來源于濃度為10.0~50.0mL/L的碳素墨水。

本發明提供的一種金屬微弧氧化表面黑色陶瓷化方法為：

1、試樣前處理：將金屬試樣表面打磨光滑，然后進行除油處理，再用去離子水沖洗，晾干備用；

2、電解液配制：將硅酸鈉、氟化鈉、氫氧化鉀、檸檬酸鈉、鎢酸鈉以及色素炭黑進行混合，配制所需的電解液；

3、電參數設置：采取恒流模式，電流密度1~15A/dm²，頻率50~600Hz，占空比10~90%，陰陽極電流密度比0.8~1.4，反應時間15~60min；

4、微弧氧化：開啟循環冷卻水裝置，將試樣連接至導電桿上浸入電解液中作為陽極，不銹鋼電解槽兼做陰極，開啟雙向脈沖電源，進行微弧氧化處理。

5、后處理：將微弧氧化處理后的試樣取出，用去離子水沖洗所得黑色陶瓷膜層，然后自然晾干。