一种在镁合金表面制备耐磨黑色陶瓷膜层的方法

本发明属于镁合金表面处理，具体涉及一种在镁合金表面制备耐磨黑色陶瓷膜层的方法。

背景技术：

1、随着社会和时代的发展，轻量化成为缓解资源短缺和环境污染的一个着力点，人们对轻量化合金的发展也日益重视。镁合金作为典型的轻量化合金，具有比强度高、比刚度高、导热性能好、可铸可焊性能好以及生物相容性好等诸多优点，被广泛应用于航空航天、轨道交通、汽车、3c产品等领域。但是由于镁合金的标准电极电位较低(-2.37v)，氧化膜的p-b比值偏小(0.81)，容易发生腐蚀。

2、目前对于提高镁合金耐蚀性能的主要方法包括金属合金化以及表面处理，其中以对镁合金进行表面处理的研究更多，通过对镁合金进行表面处理可以显著地提高镁合金的耐蚀性以及其他性能。现阶段对镁合金进行表面处理的方式主要包括化学转化、电镀、化学镀、阳极氧化和微弧氧化，其中微弧氧化处理后的膜层耐蚀性、耐磨性更好，并且制备工艺较为简单、生产效率较高且对环境友好，逐渐成为镁合金表面处理的主要方式。

3、微弧氧化是指将镁、铝、钛等金属放入电解溶液中，对该金属施加几百伏的高电压，在金属表面产生火花放电，进而在金属表面原位生成陶瓷膜。微弧氧化技术经过几十年的研究和发展，其研究主要集中于改变制备过程中的电参数以及电源模式或者调整电解液成分，通过优化工艺参数以制备耐蚀性耐磨性较好的微弧氧化膜。但是通过微弧氧化处理制备的膜层颜色较为单一，一般是白灰色，对于镁合金有色陶瓷膜层的研究还比较少，难以满足人们在生产生活中的需要。由于对镁合金微弧氧化着色技术的研究处于起步阶段，因此在保证陶瓷膜层具有高耐磨性的前提下，如何通过微弧氧化对镁合金进行着色，对于拓展镁合金的应用领域具有重要意义。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种在镁合金表面制备耐磨黑色陶瓷膜层的方法。本发明在基础电解液中添加纳米tio2颗粒进行一次微弧氧化的前处理上，之后在基础电解液中添加nh4vo3着色剂进行二次微弧氧化，在镁合金表面制备出了黑色耐磨的陶瓷膜层。

2、本发明具体是通过如下技术方案来实现的。

3、一种在镁合金表面制备耐磨黑色陶瓷膜层的方法，包括以下步骤：

4、对镁合金进行预处理。

5、将预处理后的镁合金置于电解液一中，进行一次微弧氧化处理，在镁合金表面制备中间膜层，为白灰色。

6、所述电解液一为在硅酸盐基础电解液一中添加纳米tio2颗粒。

7、将一次微弧氧化处理后的镁合金置于电解液二中，进行二次微弧氧化处理，在镁合金表面制得陶瓷膜层二；所述陶瓷膜层二为黑色。

8、所述电解液二为在硅酸盐基础电解液二中添加nh4vo3。

9、在本发明优选的实施方式中，电解液一由na2sio3、naoh、kf、纳米tio2颗粒和纯水混合而成，且所述na2sio3含量为5～30g/l，所述naoh含量为1～10g/l，所述kf含量为1～12g/l，纳米tio2颗粒的含量为1～10g/l。

10、在本发明优选的实施方式中，一次微弧氧化处理时，采用双极性脉冲电源，正电压为200v～500v，负电压为1～100v，电源频率为300～1000hz，占空比为5～40％，微弧氧化工作时间为3～40min。

11、在本发明优选的实施方式中，一次微弧氧化处理的过程中，电解液一处于搅拌状态，且溶液温度保持在40℃以下，优选室温，电解液体积为1～10l。

12、在本发明优选的实施方式中，电解液二由na2sio3、naoh、kf、nh4vo3和纯水混合而成，且所述na2sio3含量为5～30g/l，所述naoh含量为1～10g/l，所述kf含量为1～12g/l，nh4vo3含量为1～10g/l。

13、在本发明优选的实施方式中，二次微弧氧化处理时，采用双极性脉冲电源，正电压为210v～600v，负电压为1～100v，电源频率为300～1000hz，占空比为5～40％；微弧氧化工作时间为3～40min。

14、在本发明优选的实施方式中，二次微弧氧化处理的过程中，电解液二处于搅拌状态，且溶液温度保持在40℃以下，优选室温，电解液体积为1～10l。

15、在本发明优选的实施方式中，预处理的步骤为：用水砂纸对镁合金试样进行打磨去除表面氧化物，再依次用水和乙醇进行超声清洗；对超声清洗后的镁合金试样依次进行碱洗、水洗、酸洗、二次水洗、二次酸洗、三次水洗。

16、在本发明优选的实施方式中，一次微弧氧化处理后，将样品用水和乙醇清洗并干燥。

17、在本发明优选的实施方式中，二次微弧氧化处理后，将样品用水和乙醇清洗并干燥。

18、在本发明优选的实施方式中，镁合金为镁铝系合金，由以下质量百分比的成分组成：al 7.0-8.6％，re 0.8-2.0％，mn 0.2-0.8％，zn 0.2-1％，余量为mg，合计100％。

19、本发明采用两步微弧氧化技术可以制备膜层黑色均匀、黑度较高、耐磨性较好的陶瓷膜层。制备的镁合金微弧氧化黑色膜层，生成的陶瓷膜层颜色均匀，所述微弧氧化膜层显现黑色的物质为v2o3，显现棕色的物质为v2o5。

20、本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

21、本发明在基础电解液中添加纳米tio2颗粒进行一次微弧氧化的前处理上，在基础电解液中添加nh4vo3着色剂进行二次微弧氧化制备黑色耐磨的陶瓷膜，其中纳米tio2颗粒可以提高微弧氧化膜的耐磨性能，nh4vo3作为着色剂在微弧氧化过程中生成钒的氧化物则是陶瓷膜显现为黑色的主要原因。

22、本发明采用两步微弧氧化技术在基础电解液中依次添加纳米tio2颗粒和着色剂nh4vo3，优化工艺参数制备出颜色均匀、耐蚀耐磨、致密的近似于黑色的陶瓷膜，为改善镁合金材料使用外观、提高镁合金的使用性能、拓展镁合金的应用领域，提供了新的研究方法和思路。

23、本发明采用的镁合金两步微弧氧化电解液配方简单易实现，在实验过程中电解液成分稳定，不产生沉淀和其他析出物，适用于镁合金制品的表面处理，方便实用。

24、本发明添加纳米tio2颗粒提高陶瓷膜层耐磨性，添加nh4vo3制备黑色陶瓷膜层，通过两步微弧氧化在基础电解液中依次添加纳米tio2颗粒和着色剂nh4vo3，实现改变膜层颜色的同时提高陶瓷膜层的耐磨性能，在调控黑色颜色深浅时，只需调节着色剂nh4vo3的含量以及工作电压和工作时间的大小在上述合理范围内即可。制备方法简单，原料价格低，适合推广应用，为进一步扩展镁合金的应用领域提供了技术支持。

技术特征：

1.一种在镁合金表面制备耐磨黑色陶瓷膜层的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电解液一中，纳米tio2颗粒的含量为1～10g/l。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，一次微弧氧化处理时，采用双极性脉冲电源，正电压为200v～500v，负电压为1～100v，电源频率为300～1000hz，占空比为5～40％，微弧氧化工作时间为3～40min。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电解液二中，nh4vo3含量为1～10g/l。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，二次微弧氧化处理时，采用双极性脉冲电源，正电压为210v～600v，负电压为1～100v，电源频率为300～1000hz，占空比为5～40％，微弧氧化工作时间为3～40min。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，一次微弧氧化处理的过程中，电解液一处于搅拌状态，且温度保持在室温～40℃。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，二次微弧氧化处理的过程中，电解液二处于搅拌状态，且温度保持在室温～40℃。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅酸盐基础电解液一是由na2sio3、naoh、kf和水组成，且所述电解液一中，所述na2sio3含量为5～30g/l，所述naoh含量为1～10g/l，所述kf含量为1～12g/l。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅酸盐基础电解液二是由na2sio3、naoh、kf和水组成，且所述电解液二中，所述na2sio3含量为5～30g/l，所述naoh含量为1～10g/l，所述kf含量为1～12g/l。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，制备的耐磨黑色陶瓷膜层在cielab色度评定标准中的l*值为25～35。

技术总结本发明属于镁合金表面处理技术领域，具体涉及一种在镁合金表面制备耐磨黑色陶瓷膜层的方法，包括以下步骤：将预处理后的镁合金置于电解液一中，进行一次微弧氧化处理，在镁合金表面制备中间膜层；所述电解液一为添加有纳米TiO<subgt;2</subgt;颗粒的硅酸盐电解液体系；将一次微弧氧化处理后的镁合金置于电解液二中，进行二次微弧氧化处理，在镁合金表面制得所述耐磨黑色陶瓷膜层；所述电解液二为添加有NH<subgt;4</subgt;VO<subgt;3</subgt;的硅酸盐电解液体系。本发明通过两步微弧氧化在基础电解液中依次添加纳米颗粒和着色剂，实现改变膜层颜色的同时提高陶瓷膜层的耐磨性能；同时，所采用的电解液配方成分稳定，不产生沉淀和其他析出物，适用于镁合金制品的表面处理，方便实用。技术研发人员：付伟,罗双,张晓茹,杨贺杰,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：2024/6/18