一种掺杂稀土盐和石墨烯的微弧氧化黑色膜层制备方法与流程

1.本发明属于表面处理技术领域，具体涉及一种az91d镁合金表面微弧氧化黑色膜层的制备方法及镁合金防腐。


背景技术：

2.随着技术的发展，金属在工业及日常生活中的应用越来越广，由于镁有密度小、韧性好的特点，所以镁合金有着极大地应用潜力和经济价值，其被大量用于生产飞机、飞船、人造卫星等。但由于镁金属的电位低，镁极易被腐蚀且颜色单一，很难满足现代人生产生活的需求，通过微弧氧化技术在az91d镁合金表面原位生成颜色均匀且耐蚀致密的膜层是提高镁合金性能及拓宽镁合金应用范围的有效手段。
3.微弧氧化技术经过几十年的发展，国内外研究人员主要研究了微弧氧化工艺机理、参数影响等，微弧氧化的着色技术还处于起步阶段。现有的镁合金着色技术主要还停留于阳极氧化阶段，传统的阳极氧化技术制备出的黑色陶瓷膜层与基体结合力不强，且涂层硬度较低，易褪色
。
4.本发明基于其着色盐kmno4中的mno4‑1受热可分解生成呈现颜色的氧化物的着色原理，表面产物mn5o8呈现黑色，mn3o4呈现黑褐色。锰盐带颜色的氧化物综合作用使微弧氧化陶瓷层颜色近似于黑色，因此提出向电解液中添加锰盐来制备镁合金黑色微弧氧化膜层设计的思路。并且在基础电解液中添加适量的稀土盐和石墨烯会提高金属的腐蚀电位，降低腐蚀电流，极化电阻明显增加，从而使镁合金的耐蚀性能大幅提升。本发明通过对微弧氧化中电解液配方进行调控优化，制备出黑度纯正、耐蚀且致密均匀的黑色微弧氧化膜层，为改善镁合金外观、拓宽其使用范围有提供了设计思路和方法，对延长镁合金寿命、提高其性能有重要的作用。


技术实现要素：

5.为克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种黑色微弧氧化膜层的制备方法，膜层与az91d镁合金基体结合性能好，基体表面黑色颜色均匀纯正，金属表面生成致密的陶瓷涂层可以大幅提升镁合金的耐蚀性，此技术改善了镁合金的外观，提高镁合金的性能，使其应用范围更广。
6.一种黑色微弧氧化膜层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.步骤一，对镁合金基体表面用砂纸进行打磨处理并用丙酮溶液和去离子水清洗干净且吹干；
8.步骤二，将处理后的镁合金基体放入硅酸盐体系的电解液中，并在电解液中加入适量的kmno4、edta、la(no3)3和石墨烯。
9.步骤三，采用双极性脉冲电源，调整合适的电参数和非电参数，在金属基体表面制备出耐蚀且致密均匀的黑色微弧氧化膜层。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述微弧氧化复合电解液配方为：
所述na2sio3含量为5～15g/l，naoh含量为1～10g/l，kmno4含量为1～10g/l，edta含量为5～10g/l，la(no3)3为0～1g/l，石墨烯为0～1g/l。
11.在步骤三进行微弧氧化的过程中，电源频率为500～1000hz，占空比为20～40％，电流密度为5～10a/dm2，实验时间为20～40min。
12.所述的金属基体为az91d镁合金。
13.本发明的电解液配方可以提高膜层的黑度，表面黑色均匀，美观度增强，膜层更加致密，镁合金的耐蚀性大幅提升。
14.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
15.(1)本发明锰盐的添加，经过微弧氧化技术后生成锰氧化物，镁合金的表面变为黑色，美观性增加，使得镁合金的应用范围更广，且原位生成的膜层极大地提高了黑色涂层与基体的结合力。
16.(2)本发明中edta螯合剂的添加，使得膜层的黑色颜色均匀，色差减小，可以满足特定的装饰使用性能，对工业器件等生产行业有着非常重要的应用价值和意义。
17.(3)本发明稀土盐和石墨烯的添加，改变了电解液的电导率，提高腐蚀电位，降低腐蚀电流，镁合金的耐蚀性提升。且稀土盐和石墨烯的添加能有效增厚膜层厚度，膜层硬度也随之大幅提升。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实例的技术方案，图1为本发明提供的通过微弧氧化对镁合金进行着色的操作流程示意图。
具体实施方式
19.下面结合附图对本发明专利的结构原理和工作原理作进一步详细说明。
20.实施例1：
21.如图1所示，本实施例中在镁合金基体金属上原位生成一层耐蚀且致密均匀的黑色微弧氧化膜层。
22.本实施例中，所述金属基体的材质为az91d镁合金。
23.本实施例中提高az91d镁合金的表面耐蚀性能的成分为mgo和具有尖晶石结构的mg2sio4，在表面显现黑色的物质为mno2。
24.本实施例中黑色微弧氧化膜层厚度为0～20μm。
25.结合图1，一种黑色微弧氧化膜层的制备方法，包括以下步骤：
26.步骤一，采用200#、400#、600#、800#、1000#的砂纸对试样规格50mm
×
50mm
×
2mm的az91d镁合金进行打磨处理，使镁合金表面光滑且看起来划痕方向一致。用丙酮和去离子水清洗干净表面后吹干；
27.步骤二，将试样置于含有着色盐的电解液中进行微弧氧化处理；
28.步骤三，采用双极性脉冲电源，电源频率为500～1000hz，占空比为20～40％，电流密度为5～10a/dm2，实验时间20～40min。电解液为硅酸盐体系，其中，na2sio3含量为5～15g/l，naoh含量为1～10g/l，kmno4含量为1～10g/l，edta含量为5～10g/l，所述la(no3)3为0～1g/l，石墨烯为0～1g/l。用水冷系统和搅拌散热方式控制微弧氧化过程中的温度低于
40℃，微弧氧化处理时间为30min。
29.本发明通过实例对技术方案进行较为清晰、完整的描述，但并不对本发明构成限制。对于本领域的专业人员能够通过设计的参数调整(如通过改变着色盐含量调控微弧氧化膜层的颜色深浅)及改变黑色微弧氧化配方制备方法等都应该属于本发明权利要求的保护范围内。


技术特征：
1.一种黑色微弧氧化膜层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，对镁合金基体表面用砂纸进行打磨处理并用丙酮溶液和去离子水清洗干净且吹干；步骤二，将处理后的镁合金基体放入硅酸盐体系的电解液中，并在电解液中加入适量的kmno4、edta、la(no3)3和石墨烯。步骤三，采用双极性脉冲电源，调整合适的电参数和非电参数，在金属基体表面制备出耐蚀且致密均匀的黑色微弧氧化膜层。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述微弧氧化基础电解液体系为硅酸盐体系，所述na2sio3含量为5～15g/l；所naoh含量为1～10g/l。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述微弧氧化复合电解液着色盐为kmno4，含量1～10g/l。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述微弧氧化复合电解液中所述edta含量为5～10g/l，所述la(no3)3为0～1g/l，石墨烯为0～1g/l。5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述复合电解液的温度通过循环水冷和搅拌的方式控制在40℃以下。6.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述复合电解液的体积为10～20l。7.根据权利要求1所述的一种黑色微弧氧化膜层的制备方法，其特征在于，所述的电源采用双极性脉冲电源，电源频率为500～1000hz，占空比为20～40％，电流密度为5～10a/dm2，实验时间为20～40min。8.镁合金的微弧氧化黑色膜层，其特征在于，生成的膜层黑色纯正均匀、黑度高，与镁合金基体结合力强，耐蚀性、耐磨性好。所述微弧氧化膜层的成分为mgo和具有尖晶石结构的mg2sio4，在表面显现黑色的物质为mno2。9.根据权利要求1所述的一种微弧氧化黑色膜层的制备方法，其特征在于，所述的金属基体为az91d镁合金。10.根据权利要求1所述的一种微弧氧化黑色膜层的制备方法，其特征在于，所述生成的黑色微弧氧化膜层厚度为0～40μm。11.根据权利要求1所述的一种微弧氧化黑色膜层的制备方法，其特征在于，所述生成的耐蚀黑色微弧氧化膜层的中性盐雾腐蚀时间≥500h。12.根据权利要求1所述的一种黑色微弧氧化膜层的制备方法，其特征在于，所述的黑色膜层质地坚硬，所述生成的耐磨黑色微弧氧化膜层的硬度≥700hv。13.根据权利要求1所述的一种黑色微弧氧化膜层的制备方法，其特征在于，所述的黑色膜层的典型结构为微孔结构，呈火山喷射形貌，其膜层孔隙率控制在10％以下。14.根据权利要求1所述的一种黑色微弧氧化膜层的制备方法，其特征在于，所述的黑色黑度越接近rgb(0,0,0)越好，即数值越小，黑度越黑，色差越小。在调控黑色颜色深浅时，只需调节着色盐kmno4和螯合剂edta的含量在上述合理范围内即可。

技术总结
本发明提供一种掺杂稀土盐和石墨烯在AZ91D镁合金表面制备黑色微弧氧化膜层的制备方法及应用，其制备方法主要包括以下步骤：(1)砂纸打磨至镁合金基体表面光滑并用丙酮清洗除油；(2)去离子水洗净基体表面后吹干；(3)采用双极性脉冲电源，采用的电解液配方为Na2SiO35～15g/L，NaOH 1～10g/L，EDTA5～10g/L，KMnO41～10g/L，La(NO3)30～1g/L，石墨烯0～1g/L。调整合适的电参数和非电参数，在金属基体表面制备出黑色微弧氧化膜层。本发明制备的黑色微弧氧化膜层耐腐蚀性能、耐磨性能大幅提升，黑色膜层和镁合金结合力增强，生成的黑色膜层质地坚硬、均匀且致密。均匀且致密。均匀且致密。


技术研发人员：姚建洮 关可心 高成
受保护的技术使用者：西安石油大学
技术研发日：2021.07.07
技术公布日：2021/10/18