[發明專利]一種鎂合金表面制備高耐蝕、耐磨涂層的微弧氧化電解液及其制備方法與用途

在審

• 申請號: 202011150308.6
• 申請日: 2020-10-24
• 公開（公告）號: CN112239880A
• 公開（公告）日: 2021-01-19
• 發明（設計）人: 陳民芳;陳國瑞;由臣
• 申請（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: C25D11/30
• 分類號: C25D11/30
• 代理公司: 天津耀達律師事務所 12223
• 代理人: 侯力

一種鎂合金表面制備高耐蝕、耐磨涂層的微弧氧化電解液及其制備方法與用途。該電解液以偏鋁酸鈉1～50g/L、硅酸鈉1～50g/L、磷酸鈉1～50g/L三種中的一到三種，氫氧化鈉或氫氧化鉀中的一種0.5～20g/L為基礎，加入添加劑硅酸鋯0.5～50g/L和陰離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉0.5～5g/L構成。硅酸鋯在微弧氧化過程中分解出的ZrO₂和SiO₂為形成陶瓷涂層提供異質形核核心，其中ZrO₂作為陶瓷增韌相，可減少膜層中微裂紋等缺陷的形成；未分解的硅酸鋯顆粒也可起到封孔的作用，增加微弧氧化膜的厚度、致密度、硬度和與基體的結合度，從而大大增加涂層耐蝕、耐磨性能。此外，電解液以硅酸鋯為添加劑與直接添加ZrO₂和SiO₂相比，還具有價格低廉的成本優勢。

技術領域

本發明屬于微弧氧化技術領域，涉及在鎂合金表面制備高耐腐蝕、耐磨陶瓷涂層的電解液及其應用方法。

背景技術

微弧氧化是通過電解液與相應電參數的組合，在鋁、鎂、鈦等金屬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。采用微弧氧化技術制備的涂層具有與基體結合牢固，結構致密，韌性高，技術工藝簡單、易于操作且環境污染小等優點。是一項全新的綠色環保型材料表面處理技術，在航空航天、機械、電子、裝飾等領域具有廣闊的應用前景。

鎂合金是最輕的結構材料，具有較高的比強度、電磁屏蔽和非常低的密度。憑借這些優越的性能，鎂合金已在許多工業應用中得到使用，然而，鎂極差的耐腐蝕性和耐磨性是限制鎂在工業應用中的使用范圍的關鍵。由于MAO(微弧氧化)涂層的強粘附性，良好的耐蝕性和耐磨性，近年來在鎂合金表面處理方面受到高度歡迎。然而，通過傳統的MAO方法制備的表面涂層是典型的多孔結構，鎂合金的MAO涂層表面存在較高的孔密度會增加有效表面積，因此會增加腐蝕性介質吸附并濃縮到這些孔中的趨勢，并且這些孔洞將促進腐蝕性介質更快地滲透到涂層的內部區域中，并隨后向下滲透到基底中，從而降低涂層的耐腐蝕性。為了解決由多孔結構引起的問題，需要額外的密封處理。但是，改變電參數和調整電解質溶液的組成只能在一定程度上減少孔的數量，不足以完美密封。為了克服傳統MAO涂層的這一缺點，必須將添加劑添加到電解質溶液中以完成最大程度的孔密封。Tae Seop Lim(TaeSeop Lim,Hyun Sam Ryu,Seong-Hyeon Hong.Electrochemical corrosion propertiesof CeO₂-containing coatings on AZ31 magnesium alloys prepared by plasmaelectrolytic oxidation[J].Corrosion Science,2012,62.)采用硅酸鈉電解液體系，并在此基礎上加入了CeO₂顆粒，在AZ31合金表面生成了主要相組成為二氧化鈰、氧化鎂和硅酸鎂的氧化膜層，該電解液引入了二氧化鈰粒子對微弧氧化膜實現封孔，使膜表面更加致密。但由于該氧化膜層的厚度比較薄，僅為10um左右，對膜層耐腐蝕性能提升有限，不能滿足實際中的應用要求。Kang Min Lee(Kang Min Lee,Ki Ryong Shin,Seung Namgung,Bongyoung Yoo,Dong Hyuk Shin.Electrochemical response of ZrO₂-incorporatedoxide layer on AZ91 Mg alloy processed by plasma electrolytic oxidation[J].Surfaceamp；Coatings Technology,2011,205(13-14).)采用氟化鉀與焦磷酸鉀結合的復合電解液體系，并在此基礎上加入了二氧化鋯納米粒子，成功在AZ91合金表面原位生成相組成主要為氧化鎂、二氧化鋯和磷酸鎂的氧化膜，但溶液中的氟離子會對環境造成一定的污染，并且二氧化鋯價格比較昂貴，不能滿足大規模工業化生產對經濟成本和環保的可持續發展要求。

發明內容