一种镁合金表面耐磨耐蚀陶瓷层的制备方法

本发明属于镁铝系合金表面处理，具体涉及一种镁合金表面耐磨耐蚀陶瓷层的制备方法。

背景技术：

1、镁作为地球上储量最多的轻金属元素之一，在地壳中的含量排名第八，具体为2%，密度是铝的2/3、铁的1/5，添加其他元素后组成的镁合金被誉为“21世界绿色工程材料”，具有易加工、导热性能好、电磁屏蔽性好和循环利用率高等优点，被广泛应用于交通运输、3c产品、航空航天以及汽车等领域。但是镁合金的耐蚀性能较差，极大地限制了镁合金的应用，因此提高镁合金的耐蚀性能成为亟待解决的问题。而对镁合金进行表面处理可以改善镁合金的耐蚀性能，并且方法简单、效果显著、生产成本也较低，因此对镁合金进行表面处理以提高镁合金的耐蚀性能成为研究的热点。

2、目前对镁合金进行表面处理的方法有很多，微弧氧化处理由于其生产成本低、工艺简单、膜基结合好且适用于各种形状的镁合金试样的表面处理，逐渐成为镁合金表面处理的主要方式。但是目前通过弧氧化处理在镁合金表面生成的膜，其耐磨耐蚀性能还不完善，限制了镁合金应用领域的进一步扩展。因此需要进一步提高镁合金表面膜层的耐磨耐蚀性能，以延长其使用寿命。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种镁合金表面耐磨耐蚀陶瓷层的制备方法，本发明先在镁合金基体上原位生长出耐磨黑色陶瓷层，再在稀土盐结合有机物的混合溶液中进行后处理，制备出的陶瓷层耐磨性好，具有自修复能力，耐蚀性显著提高，可以极大地延长镁合金的使用寿命，并且制备的陶瓷层颜色黑，这些优点可以拓展镁合金的应用领域。

2、本发明具体是通过如下技术方案来实现的。

3、本发明提供了一种镁合金表面耐磨耐蚀陶瓷层的制备方法，包括以下步骤：

4、对镁合金表面进行预处理。

5、将预处理后的镁合金置于电解液中，进行微弧氧化处理，在镁合金表面原位生成黑色陶瓷膜层。

6、所述电解液为在硅酸盐基础电解液中添加纳米颗粒、铜盐和络合剂。具体的，所述电解液由na2sio3、naoh、kf、纳米颗粒、铜盐、络合剂和水组成。

7、将微弧氧化处理后的镁合金浸入由稀土盐和聚乙烯醇组成的混合水溶液中进行水热反应，即在镁合金表面制备了耐蚀陶瓷层。

8、在本发明优选的实施方式中，所述稀土盐为硝酸镧、硝酸铈、硝酸钕、硝酸钇中的一种或者几种；混合溶液中，稀土盐的总含量为1~50g/l。

9、在本发明优选的实施方式中，混合水溶液中，溶剂为水，所述聚乙烯醇含量为1~30g/l。

10、在本发明优选的实施方式中，所述水热反应温度为25~100℃，反应时间为1~60min。

11、在本发明优选的实施方式中，所述纳米颗粒为纳米zno颗粒、纳米sio2颗粒、纳米sic颗粒、纳米tio2颗粒中的一种或者几种；所述电解液中，所述纳米颗粒的总含量为1~20g/l。

12、所述铜盐为碱式碳酸铜、硫酸铜、焦磷酸铜、磷酸铜、硝酸铜中的一种或者几种；所述电解液中，所述铜盐的总含量为1~20g/l。

13、所述络合剂为酒石酸钾钠、葡萄糖酸钾、氨水、柠檬酸、乙二胺四乙酸二钠中的一种或者几种；电解液中，所述络合剂的总含量为1-20g/l。

14、在本发明优选的实施方式中，所述电解液中，所述na2sio3含量为5~40g/l；所述naoh含量为1~20g/l；所述kf含量为1~20g/l。

15、在本发明优选的实施方式中，所述微弧氧化处理过程中，所述电解液处于搅拌状态，且温度为25~40℃。

16、在本发明优选的实施方式中，所述微弧氧化处理过程中，采用双极性脉冲电源，正电压为200v~600v，负电压为1~50v，电源频率为200~1000hz，占空比为4~40%；微弧氧化工作时间为3~40min。

17、膜层色度以cielab色度评定标准来进行评定，值越小代表膜层颜色越黑。在调控黑色颜色深浅时，只需调节着色剂硫酸铜的含量以及电参数的大小在上述合理范围内即可。黑色陶瓷膜层的磨损率约为。

18、本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

19、本发明先在镁合金基体上通过弧氧化处理原位生长出耐磨黑色陶瓷层，再在含有稀土盐的混合溶液中进行水热反应后处理，制备出具有自修复能力的耐磨黑色陶瓷层。

20、从电解液成分方面来看，本发明采用的微弧氧化电解液成分以及水热反应溶液成分简单，溶液稳定且可重复使用，反应过程安全稳定，对于镁合金试样形状尺寸没有限制，极大地节约生产成本，适用于各种镁合金材料的表面处理。制备过程中电解液稳定均匀，制备的陶瓷膜层黑度均匀、光滑致密、耐磨性能好且耐蚀性能显著提高。具体的：

21、本发明采用微弧氧化的处理工艺，在电解液中除了添加基础电解液成分以外，还添加了纳米颗粒、着色剂和络合剂，纳米颗粒的添加能够提高膜层的耐磨性，着色剂的添加使得制备的膜层为黑色，络合剂使得着色剂离子在碱性条件下能够稳定存在于电解液中，增大着色剂在电解液中的含量，促使着色剂更好地参与成膜过程，提高陶瓷膜层的黑度。

22、从工艺方面来看，本发明选择含有稀土盐的混合溶液作为微弧氧化陶瓷膜层的后处理工艺，在腐蚀介质环境中膜层含有的稀土元素联合镁元素，会在被破坏膜层表面生长出氧化产物和氢氧化物，达到自修复的效果，不仅达到一定的封孔效果，进而提高膜层的耐蚀性能，还赋予陶瓷膜层一定的自修复能力，可以显著地延长镁合金试样的使用寿命。

23、总之，本发明制备的陶瓷层磨损率低，具有自修复能力，耐蚀性能显著提高，可以极大地延长镁合金的使用寿命，并且制备的膜层颜色为黑色，且黑度均匀、光滑致密，有利于拓展镁合金的应用领域，尤其是军工和某些特殊器件表面的光学特性需求。

技术特征：

1.一种镁合金表面耐磨耐蚀陶瓷层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述稀土盐为硝酸镧、硝酸铈、硝酸钕、硝酸钇中的一种或者几种；混合水溶液中，稀土盐的总含量为1~50g/l。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，混合水溶液中，所述聚乙烯醇的含量为1~30g/l。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为25~100℃，反应时间为1~60min。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纳米颗粒为纳米zno颗粒、纳米sio2颗粒、纳米sic颗粒、纳米tio2颗粒中的一种或者几种；所述电解液中，所述纳米颗粒的总含量为1~20g/l。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铜盐为碱式碳酸铜、硫酸铜、焦磷酸铜、磷酸铜、硝酸铜中的一种或者几种；所述电解液中，所述铜盐的总含量为1~20g/l。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述络合剂为酒石酸钾钠、葡萄糖酸钾、氨水、柠檬酸、乙二胺四乙酸二钠中的一种或者几种；电解液中，所述络合剂的总含量为1~20g/l。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅酸盐基础电解液是由na2sio3、naoh、kf和水组成，其中na2sio3含量为5~40g/l，naoh含量为1~20g/l，kf含量为1~20g/l。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述微弧氧化处理过程中，采用双极性脉冲电源，正电压为200v~600v，负电压为1~50v，电源频率为200~1000hz，占空比为4~40%，微弧氧化工作时间为3~40min。

10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述微弧氧化处理过程中，所述电解液处于搅拌状态，且温度为25~40℃。

技术总结本发明属于镁铝系合金表面处理技术领域，具体涉及一种镁合金表面耐磨耐蚀陶瓷层的制备方法，包括以下步骤：对镁合金表面进行预处理；将预处理后的镁合金置于电解液中，进行微弧氧化处理，在镁合金表面原位生成黑色陶瓷膜层；所述电解液为添加有纳米颗粒、铜盐和络合剂的硅酸盐电解液体系；将微弧氧化处理后的镁合金浸入含有稀土盐和聚乙烯醇的混合水溶液中进行水热反应，即在镁合金表面制备了耐磨耐蚀陶瓷层。本发明制备的自修复耐磨黑色陶瓷层膜层颜色黑、磨损率低、耐蚀性能提高显著，可以极大地延长镁合金的使用寿命，拓展镁合金的应用领域。技术研发人员：付伟,罗双,杨贺杰,张晓茹,房大庆,丁向东,孙军受保护的技术使用者：西安交通大学技术研发日：技术公布日：2024/4/22