一种超声辅助的镁及镁合金表面均匀超低电阻导电涂层的制备方法

本发明涉及一种镁及镁合金表面导电涂层的制备方法。

背景技术：

1、雷达天线作为卫星的“顺风耳”已成为航天器不可或缺的重要组成部分，航天器天线影响并制约着整个无线通信系统乃至整个航天器的性能和功能。对天线来说，由于需要发射和接受电磁波，所以需要其具有优异的导电性能。目前，应用较普遍的为铝合金天线，然而在满足性能指标的情况下，轻量化替代显得尤为重要。目前，铝合金天线的厚度极限是0.6mm，过薄就会由于刚度不够而变形，这种情况下只能考虑从材料轻量化的角度来进一步减轻天线的重量。采用更加轻量化的镁合金天线，整个天线可以减重30％，对应的雷达可以减重15％。但镁合金自身耐蚀性能差严重制约其应用，需进行表面改性处理，阳极氧化、微弧氧化等方法表面改性后镁合金导电性能大幅度降低，虽然可提高耐蚀性能，但不利于电磁波传输；此外应用电镀或化学镀等方式可维持较好的导电性能，但这些工艺复杂、环保性差，与镁合金基体间存在严重的电偶腐蚀。

技术实现思路

1、本发明超声辅助的镁及镁合金表面均匀超低电阻导电涂层的制备方法采用超声辅助微弧氧化技术，在镁及其合金表面原位构建超低电阻导电纳米涂层，通过引入超声场，一方面通过超声空化作用，减少电解液与样件表面气泡团数量，降低起弧电压，使表面产生更加细小且均匀分布的火花放电，使得溶液中消耗的电压降减小，提高了有效放电电压，可以有效抑制微弧氧化过程中镁合金中晶粒长大；另一反面，超声场可加速溶液中电解质运动，可加速复杂的反应过程，进而获得均匀致密的微弧氧化纳米涂层。在涂层中形成包含硅掺杂纳米氧化镁相，实现导电。本发明具有操作简便、效率高、环保等诸多优势，为科学研究与工程应用提供了良好的思路与方法，为拓展镁及其合金在卫星等领域中大规模应用打下坚实的基础。

2、本发明超声辅助的镁及镁合金表面均匀超低电阻导电涂层的制备方法按照以下步骤进行：

3、步骤一、表面脱脂清洗：将工件置于60～70℃脱脂液中处理1-10min，取出后将工件置于水中，在室温水浴1-5min；

4、所述脱脂液组成为：氢氧化钠：1-10g/l、碳酸钠：1-10g/l、磷酸三钠：1-10g/l，硅酸钠：1-10g/l、十二烷基苯磺酸钠：0.01-0.5g/l；

5、所述工件材质为纯镁及镁合金；

6、步骤二、酸洗：配置酸洗溶液，将工件置于酸洗溶液中常温处理5-60s后，然后水洗2次；

7、所述酸洗溶液的组成为：硝酸5-50ml/l，氟化氢铵1-10g/l，乳酸1-10ml/l，甲基甘氨酸二乙酸三钠1-10ml/l；

8、步骤三、电解等离子体氧化：将镁合金工件置于混合电解溶液中，并以不锈钢板为阴极，以工件为阳极，在超声条件下进行电解等离子体氧化；

9、所述超声的功率为50-800w；

10、所述电解等离子体氧化工艺为：占空比2-20％，频率200-2000hz，电流密度0.1-2a/dm2，终止电流密度0.1-0.5a/dm2，氧化时间1-10min；

11、所述混合电解溶液的组成为：九水硅酸钠1-10g/l、氢氧化钾1-10g/l、无水氟化钾1-10g/l；

12、步骤四、水洗烘干：将电解等离子体氧化后的工件水洗，水洗后风干，最后烘干；

13、所述烘干工艺为：置于90-120℃烘箱中烘干5-20min。

14、本发明的有益效果为：

15、(1)本发明通过酸洗溶液中甲基甘氨酸二乙酸三钠作为一种螯合剂与其他三种溶液配合，其中，硝酸与乳酸能跟镁合金或镁氧化物反应，生成可溶性盐，且对大多数金属不起强烈的腐蚀作用，氟化氢铵能够与镁合金作用形成配位离子，与甲基甘氨酸二乙酸三钠螯合剂共同作用去除油污、杂质离子等，酸洗溶液中四种物质综合效应可使工件表面毛刺均匀去除，获得小粗糙度的平整表面，减小尖端放电等现象，在后续电解等离子体氧化处理可获得表面均匀分布电场。

16、(2)本发明通过引入超声场，通过超声空化作用，减少电解液与样件表面气泡团数量，降低起弧电压，实现金属表面低强度、弥散分布的火花放电，使得溶液中消耗的电压降减小，提高了有效放电电压，可有效抑制微弧氧化过程中镁合金中晶粒长大，获得涂层中硅掺杂纳米氧化镁均匀分布，电子注入导致mgo费米能级上移，呈现n型特征，实现表面超低电阻(电阻≤1mω)导电。

17、(3)本发明制备方法具有操作简便、效率高、环保等诸多优势，突破传统微弧氧化陶瓷涂层绝缘性的技术瓶颈，实现了镁及其合金表面超低电阻导电涂层的一步可靠制备技术，填补国内空白。

技术特征：

1.一种超声辅助的镁及镁合金表面均匀超低电阻导电涂层的制备方法，其特征在于：超声辅助的镁及镁合金表面均匀超低电阻导电涂层的制备方法按照以下步骤进行：

2.根据权利要求1所述的超声辅助的镁及镁合金表面均匀超低电阻导电涂层的制备方法，其特征在于：步骤一所述镁合金为az31镁合金、az40镁合金、am60镁合金、az91镁合金、az80镁合金、zk61镁合金、zk60镁合金、me20镁合金或we54镁合金。

3.根据权利要求1所述的超声辅助的镁及镁合金表面均匀超低电阻导电涂层的制备方法，其特征在于：步骤一所述脱脂液组成为：氢氧化钠：1g/l、碳酸钠：1g/l、磷酸三钠：1g/l，硅酸钠：1g/l、十二烷基苯磺酸钠：0.5g/l。

4.根据权利要求1所述的超声辅助的镁及镁合金表面均匀超低电阻导电涂层的制备方法，其特征在于：步骤一所述脱脂液组成为：氢氧化钠：6g/l、碳酸钠：8g/l、磷酸三钠：6g/l，硅酸钠：5g/l、十二烷基苯磺酸钠：0.2g/l。

5.根据权利要求1所述的超声辅助的镁及镁合金表面均匀超低电阻导电涂层的制备方法，其特征在于：步骤二所述酸洗溶液的组成为：硝酸3ml/l，氟化氢铵1g/l，乳酸5ml/l，甲基甘氨酸二乙酸三钠6ml/l。

6.根据权利要求1所述的超声辅助的镁及镁合金表面均匀超低电阻导电涂层的制备方法，其特征在于：步骤二所述酸洗溶液的组成为：硝酸10ml/l，氟化氢铵2g/l，乳酸1ml/l，甲基甘氨酸二乙酸三钠1ml/l。

7.根据权利要求1所述的超声辅助的镁及镁合金表面均匀超低电阻导电涂层的制备方法，其特征在于：步骤三所述电解等离子体氧化工艺为：占空比10％，频率2000hz，电流密度1.8a/dm2，终止电流密度0.3a/dm2，氧化时间10min。

8.根据权利要求1所述的超声辅助的镁及镁合金表面均匀超低电阻导电涂层的制备方法，其特征在于：步骤三所述电解等离子体氧化工艺为：占空比2％，频率300hz，电流密度0.2a/dm2，终止电流密度0.1a/dm2，氧化时间2min。

9.根据权利要求1所述的超声辅助的镁及镁合金表面均匀超低电阻导电涂层的制备方法，其特征在于：步骤三所述混合电解溶液的组成为：九水硅酸钠5g/l、氢氧化钾6g/l、无水氟化钾1g/l。

10.根据权利要求1所述的超声辅助的镁及镁合金表面均匀超低电阻导电涂层的制备方法，其特征在于：步骤三所述混合电解溶液的组成为：九水硅酸钠1g/l、氢氧化钾2g/l、无水氟化钾6g/l。

技术总结一种超声辅助的镁及镁合金表面均匀超低电阻导电涂层的制备方法，涉及一种镁及镁合金表面导电涂层的制备方法。本发明采用超声辅助微弧氧化技术，在镁及其合金表面原位构建超低电阻导电纳米涂层可以有效抑制微弧氧化过程中镁合金中晶粒长大；另一反面，超声场可加速溶液中电解质运动，可加速复杂的反应过程，进而获得均匀致密的微弧氧化纳米涂层。在涂层中形成包含硅掺杂纳米氧化镁相，实现导电。本发明具有操作简便、效率高、环保等诸多优势，为科学研究与工程应用提供了良好的思路与方法，为拓展镁及其合金在卫星等领域中大规模应用打下坚实的基础。技术研发人员：徐超,邓坤坤,赵李斌,邹永纯,王晓军,张旭,赵培堂,王国超受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18