[發(fā)明專利]一種用于航天器的鎂合金表面熱控膜層的制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201710030848.2
• 申請日: 2017-01-17
• 公開（公告）號: CN106757278A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王旭東;李榮博;趙佳旖;張鶴薺
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號: C25D11/30
• 分類號: C25D11/30
• 代理公司: 北京市廣友專利事務(wù)所有限責(zé)任公司11237
• 代理人: 張仲波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于腐蝕與防護技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于航天器的鎂合金的表面處理方法。

背景技術(shù)

鎂是一種很輕的金屬元素，在地殼中含量豐富、分布廣泛，大約占地球重量的2.35％，同時也是海水中的第三富有元素，大約占海水重量的0.13％。鎂合金作為一種輕質(zhì)工程材料，具有密度低，比強度和比剛度高，減震性好，導(dǎo)電導(dǎo)熱性好，磁屏性能優(yōu)良、可回收等特點。除此之外，鎂合金還具有優(yōu)秀的切削加工和拋光性能，容易鑄造。鎂合金因具有多種優(yōu)點得到了人們的廣泛關(guān)注，但鎂合金化學(xué)性質(zhì)活潑，耐磨性和耐蝕性較差，阻礙了其應(yīng)用，因而必須對鎂合金進行表面防腐處理。

通過不同的表面處理手段，不僅可以在一定程度上解決鎂合金耐蝕、耐磨性差的問題，還可使之具有一定的特殊性能。對鎂合金進行微弧氧化表面改性處理是提高其耐蝕、耐磨性的重要方法之一。微弧氧化(MAO)即為重要的表面處理手段之一，其膜層與基體的結(jié)合力比陽極氧化更強，而且具有類似于陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)，因而也稱為陶瓷膜。微弧氧化膜致密且堅硬，不僅可以滿足普通的耐蝕、耐磨和裝飾的要求，也可以滿足長時間的高溫、高壓、高速以及有腐蝕介質(zhì)的環(huán)境等多種苛刻的服役要求。另外，由于結(jié)構(gòu)的特殊性，還能夠改善表面絕緣性，并可通過調(diào)整工藝使之具有較好的熱控性能等特殊的功能。

輕量化是目前我國航天器發(fā)展和設(shè)計的必然趨勢，為了實現(xiàn)輕量化，主要是通過使用鎂合金來實現(xiàn)。航天器部分部位的鎂合金構(gòu)件不僅要求耐蝕性好，也要求表面具有半球發(fā)射率較高的黑色膜層。微弧氧化是一種較好的表面處理方式，可以同時賦予鎂合金表面較好的熱控性能和耐蝕性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于彌補現(xiàn)有制備黑色微弧氧化膜層方法的不足，提出一種新的針對鎂合金的微弧氧化工藝，以提高其耐蝕性和半球發(fā)射率。本發(fā)明具備電解液穩(wěn)定環(huán)保、操作簡單，制備的膜層性能優(yōu)異等特點。

一種用于航天器的鎂合金表面熱控膜層的制備方法，具體包括如下步驟：

一、電解液配制：先將所需質(zhì)量的主成膜劑在1/4體積的水中溶解，然后加入所需質(zhì)量的有機絡(luò)合劑，攪拌直至完全溶解；酌量向其中加入部分pH調(diào)節(jié)劑，攪拌直至完全溶解得到濃縮液；將所需量的著色劑加入濃縮液，將容器密封；用超聲清洗器或者磁力攪拌器攪拌，直至固體顆粒全部溶解；加水補充至所需體積，攪拌后放置30-50min，測其pH，逐漸添加pH調(diào)節(jié)劑，直至pH達(dá)到預(yù)期范圍，得到微弧氧化電解液，靜置待用；其中微弧氧化電解液中主成膜劑的濃度為5～50g/L，有機絡(luò)合劑的濃度為1～10g/L，著色劑的濃度為3～30g/L，pH劑調(diào)節(jié)劑的濃度為3～10g/L；

二、前處理：先對鎂合金基體進行打磨，暴露出光亮基體且表面相對平滑后，用去離子水沖洗干凈，然后堿洗，堿洗溶液為20～40g/L十水碳酸鈉，10～30g/L氫氧化鈉和0.5～1ml/L OP-10潤濕劑，溶液溫度為70～90℃，保溫處理時間為5～10min；堿洗后用清水沖洗3～5次，再用去離子水沖洗3～5次，然后需干燥以備裝夾；將待氧化件與鋁導(dǎo)線緊密裝夾，保證導(dǎo)電良好且接觸穩(wěn)固；

三、微弧氧化：將裝夾后的待氧化件完全浸入微弧氧化電解液，導(dǎo)線另一端與電源陽極穩(wěn)固連接；將氣泵裝置安裝就緒；設(shè)定電參數(shù)：電流密度為1A/dm²～20A/dm²，脈沖比為1～3:1，占空比為25％～75％，頻率為50Hz～1000Hz；氧化時間在10～30min，對氧化完成試樣進行清洗、干燥和拆下夾具，得到鎂合金表面熱控膜層。

進一步的，步驟一中主成膜劑為磷酸鈉或磷酸銨。

進一步的，步驟一中有機絡(luò)合劑為乙二胺或乙二胺四乙酸。

進一步的，步驟一中pH調(diào)節(jié)劑為氫氧化鉀。

進一步的，步驟一中著色劑為硫酸銅、硫酸鈷或硫酸錳。

進一步的，步驟一中微弧氧化電解液pH需保持在12～14之間。

進一步的，堿洗后到待氧化件浸入微弧氧化電解液之前，待氧化件及相關(guān)夾具、導(dǎo)線需保持清潔。

進一步的，連接用鋁導(dǎo)線除了與待氧化試樣接觸的部位，其余部位應(yīng)有絕緣皮。

進一步的，各部分的連接必須良好且穩(wěn)固，以防在高壓下出現(xiàn)打火現(xiàn)象。

進一步的，使用氣泵促進微弧氧化電解液循環(huán)，使微弧氧化電解液溫度維持在40℃以下。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：

一、電解液組分少，含量較低，配制便捷，且不含氰化物或氟化物，更環(huán)保；

二、去掉了氧化前的活化工藝(傳統(tǒng)工藝多用氟化物先進行活化)，降低生產(chǎn)成本，進一步減小對環(huán)境的影響；