一种镁锂合金微弧氧化涂层表面的稀土前处理工艺的制作方法

本发明属于表面处理领域，具体涉及一种镁锂合金微弧氧化涂层表面的稀土前处理工艺。

背景技术：

镁锂合金作为目前最为流行的“21世纪的绿色材料”，具有密度低、比强度高、比模量高等特点，能够有效的通过降低产品自重来降低资源、能源消耗和减少环境污染，因而成为众多领域的优选材料，被广泛的应用于军工、航空、航天、汽车制造、船舶等行业。但由于镁、锂都属于活泼元素，合金耐蚀性较差，在使用前对镁锂合金进行表面处理便显得尤为重要。

微弧氧化技术，又称为等离子电解氧化技术，是一种利用弧光放电时瞬间高温烧结作用在轻金属表面原位生长陶瓷层的表面处理方式。其制备出的陶瓷层具有较高的硬度、良好的耐蚀性与耐磨性。现阶段，微弧氧化的电解处理工艺和后处理研究较多，其前处理的工艺尚不成熟。

前处理是指在进行微弧氧化电解实验前对镁锂合金进行的预处理，能明显改善镁锂合金的表面状态，对后续的微弧氧化电解处理有较多益处。稀土是一种在材料腐蚀与防护领域具有广阔应用前景的物质，少量的稀土离子就能改变物质的性能。然而现阶段利用稀土对镁锂合金微弧氧化膜层进行前处理的研究鲜有报道。

故基于此，提出本发明技术方案。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种镁锂合金微弧氧化涂层表面的稀土前处理工艺。经过简便的前处理，就能达到有效提升镁锂合金微弧氧化膜层性能的目的，该方法能够较为广泛的适用于镁锂合金微弧氧化的各种电解液体系中。经过前处理处理的镁锂合金本身就具备了一定的耐蚀性，并且对微弧氧化膜层的硬度、耐蚀性等性能具有明显的提升。

本发明的方案是，提供一种镁锂合金微弧氧化涂层表面的稀土前处理工艺，包括如下步骤：

(1)脱脂处理：将镁锂合金进切割、平整、打磨、抛光，得待处理镁锂合金；配制na2co3与ch3coona的混合溶液，得脱脂剂；将所述待处理镁锂合金置于所述脱脂剂中浸泡，完成后清洗、烘干，得脱脂镁锂合金；

(2)除膜处理：配制hcl与naf的混合溶液a，或配制na2hpo4、ch3cooh与naf的混合溶液b，混合溶液a和混合溶液b均为除膜剂；采用所述除膜剂冲洗所述脱脂镁锂合金的表面，完成后再清洗、烘干，得除膜镁锂合金；

(3)稀土处理：配制ce(no3)3·6h2o、nacl与h2o2的混合溶液，得稀土处理液；将所述除膜镁锂合金浸泡于所述稀土处理液，结束后即完成镁锂合金微弧氧化涂层表面的稀土前处理工艺。

后续即可将经过以上步骤的镁锂合金置于微弧氧化电解液中进行微弧氧化处理，所述微弧氧化处理可采用naoh体系、naoh-na2sio3体系或naoh-na3po4体系等常规的微弧氧化体系。

所述镁锂合金可以采用牌号为la91镁锂合金，也可以采用牌号为lz91、lz141等型号的镁锂合金。在实际应用中，所述镁锂合金工件可以是将镁锂合金进行初步的机加工至所需形状而得到的。

优选地，步骤(1)中，所述脱脂剂中na2co3的浓度为40～60g/l。

优选地，步骤(1)中，所述脱脂剂中ch3coona的浓度为3～5g/l。

优选地，步骤(1)中，所述浸泡的条件是：于60～65℃条件下浸泡10～15min。

优选地，步骤(2)中，所述混合溶液a中hcl的浓度为0.9～1.1wt.％。

优选地，步骤(2)中，所述混合溶液a中naf的浓度为0.9～1.1wt.％。

优选地，步骤(2)中，所述冲洗的时间为20～25s。

优选地，步骤(2)中，所述混合溶液b中na2hpo4浓度为10～12g/l，ch3cooh浓度为2～3g/l，naf的浓度为0.9～1.1wt.％。

优选地，步骤(3)中，所述ce(no3)3·6h2o的浓度为6～15g/l，nacl的浓度为25～35g/l，h2o2浓度为3.5～5wt.％。

优选地，步骤(3)中，所述浸泡的条件是：于60～65℃条件下浸泡10～30min。

本发明的有益效果为：

本发明所述镁锂合金微弧氧化涂层表面的稀土前处理工艺，制备过程简单，仅经过脱脂处理，除膜处理和稀土处理，即能有效的提升镁锂合金的耐腐蚀性能，提升镁锂合金的相关表面性能。通过预处理会使镁锂合金表面形成多孔层膜层，并伴随有大量的微裂纹，会产生大量的微尖端，会使微弧氧化的放电变得更加容易，能够使试样快速的进入弧光放电区，能够较为有效的节约电消耗，预处理膜层中加入了ce元素也能够起到提升镁锂合金耐蚀性的作用。并且预处理的存在不会降低后续的微弧氧化膜层的性能。

需要强调的是，所述前处理方法亦能有效提升后续微弧氧化膜层的厚度，且陶瓷层与镁锂合金的基体依旧保持较好的附着力，不易脱落，不影响后续微弧氧化膜层的物相组成。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是实施例1中所得la91镁锂合金经前处理后的宏观形貌图。

图2是镁锂合金微弧氧化的“电压—时间”曲线对比图。

图3是实施例1镁锂合金表面经过稀土前处理完成的镁锂合金扫描电镜图。

图4是实施例1镁锂合金表面先经过稀土前处理后再进行微弧氧化的膜层扫描电镜图。

图5是实施例1镁锂合金表面制得的微弧氧化陶瓷层的xrd衍射图谱。

图6是实施例1镁锂合金表面制得的微弧氧化陶瓷层的电化学极化曲线图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

实施例1

本实施例提供一种镁锂合金微弧氧化涂层表面的稀土前处理工艺，包括如下步骤：

(1)将la91镁锂合金切割成长度×宽度×厚度为40mm×40mm×5mm的镁锂合金工件，对所述镁锂合金工件进行钻孔，孔的大小与所用悬挂镁丝匹配。使用磨抛机将所述镁锂合金工件表面由粗到细依次打磨，然后抛光，并再超声清洗，热风吹干，从而得到处理镁锂合金工件。

(2)取一个洁净烧杯，配制na2co3浓度为40g/l、ch3coona浓度为3g/l的混合溶液作为脱脂剂，将上述镁锂合金工件置于60℃的脱脂剂中浸泡10min，随后用去离子水和无水乙醇冲洗干净，热风烘干，得脱脂镁锂合金；

(3)另取一个洁净的烧杯，配制hcl浓度为0.9wt.％、naf浓度为0.9wt.％的混合溶液作为除膜剂，并用除膜剂冲洗所述脱脂镁锂合金20s，随后用去离子水和无水乙醇冲洗干净，热风吹干，得除膜镁锂合金；

(4)再取一个洁净的烧杯，配制ce(no3)3·6h2o浓度为6g/l、nacl浓度为25g/l、h2o2浓度为3.5wt.％的混合溶液作为稀土处理液，将除膜镁锂合金置于60℃的稀土处理液中浸泡10min，用去离子水和无水乙醇冲洗干净，得前处理完成的镁锂合金。得到如图1所示的la91镁锂合金表面微弧氧化表面稀土前处理的宏观形貌图。

(5)配置50g/l的naoh、20g/lna2sio3和20g/lna2b4o7的混合溶液作为微弧氧化的电解液，设置电解参数为恒定电流密度为3.0a/dm²、占空比为30％、频率为500hz，将前处理完成的镁锂合金置入电解液微弧氧化处理5min，然后将微弧氧化处理后的镁锂合金工件从电解液中取出，用去离子水冲洗干净，即得到在la91镁锂合金工件表面制出均匀的白色微弧氧化陶瓷层。

实施例2

本实施例提供一种镁锂合金微弧氧化涂层表面的稀土前处理工艺，包括如下步骤：

(1)将la91镁锂合金切割成长度×宽度×厚度为40mm×40mm×5mm的镁锂合金工件，对所述镁锂合金工件进行钻孔，孔的大小与所用悬挂镁丝匹配。使用磨抛机将所述镁锂合金工件表面由粗到细依次打磨，然后抛光，并再超声清洗，热风吹干，从而得到处理镁锂合金工件。

(2)取一个洁净烧杯，配制na2co3浓度为60g/l、ch3coona浓度为5g/l的混合溶液作为脱脂剂，将上述镁锂合金工件置于65℃的脱脂剂中浸泡15min，随后用去离子水和无水乙醇冲洗干净，热风烘干，得脱脂镁锂合金；

(3)另取一个洁净的烧杯，配制na2hpo4浓度为10g/l、ch3cooh浓度为2g/l、naf浓度为0.9wt.％的混合溶液作为除膜剂，并用除膜剂冲洗所述脱脂镁锂合金25s，随后用去离子水和无水乙醇冲洗干净，热风吹干，得除膜镁锂合金；

(4)再取一个洁净的烧杯，配制ce(no3)3·6h2o浓度为15g/l、nacl浓度为35g/l、h2o2浓度为5wt.％的混合溶液作为稀土处理液，将除膜镁锂合金置于65℃的稀土处理液中浸泡30min，用去离子水和无水乙醇冲洗干净，得前处理完成的镁锂合金。

(5)配置10g/l的naoh和10g/lna2sio3的混合溶液作为微弧氧化的电解液，设置电解参数为恒定电流密度为3.0a/dm²、占空比为30％、频率为500hz，将前处理完成的镁锂合金置入电解液微弧氧化处理5min，然后将微弧氧化处理后的镁锂合金工件从电解液中取出，用去离子水冲洗干净，即得到在la91镁锂合金工件表面制出均匀的白色微弧氧化陶瓷层。

检测例：

(1)在本发明实施例1的微弧氧化处理过程中，记录整个微弧氧化过程中的电压状况，从而得到经过稀土前处理镁锂合金微弧氧化的“电压—时间”曲线图，并与未经过前处理的镁锂合金微弧氧化式样进行对比，从而得到图2。由图2可以看出：经过前处理可以使微弧氧化在电解过程中以更低的电压进入火花放电区，能够有效的降低能耗。

(2)采用扫描电子显微镜对本发明实施1中在la91镁锂合金表面制得的稀土前处理膜层进行观察，从而可以得到如图3所示的表面形貌照片。由图3可以看出：所述稀土前处理表面为多孔多裂纹形貌。

(3)采用扫描电子显微镜对本发明实施1中在la91镁锂合金表面经过稀土前处理后进行微弧氧化的膜层进行观察，从而可以得到如图4所示的表面形貌照片。由图4可以看出：经过前处理之后再进行微弧氧处理之后的试样表面形貌依旧表现出典型的微弧氧化“火山口”型多孔型形貌，表明了前处理对微弧氧化的表面形貌影响不大。

(4)采用x射线衍射仪对本发明实施1中在la91镁锂合金表面制得的微弧氧化陶瓷层进行检测，从而可以得到如图5所示的xrd衍射图谱。由图5可以看出：其x射线衍射图谱各个主要峰位均未发生改变，表明前处理不影响镁锂合金的微弧氧化膜层的物象组成。

(5)采用电化学工作站对本发明实施1中在la91镁锂合金表面经过稀土前处理后制得的微弧氧化陶瓷层进行检测，从而可以得到如图6所示的电化学极化曲线图。由图6可以看出：经过前处理后微弧氧化的自腐蚀电位为-1.4901v，高于la91镁锂合金基体的-1.7241v，也高于未经过前处理的微弧氧化陶瓷层的-1.5786v。表明其腐蚀倾向降低，耐蚀性提高。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。