CN105239134B - 一种提高镁合金阳极氧化膜层耐蚀性能的方法 - Google Patents
一种提高镁合金阳极氧化膜层耐蚀性能的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种提高镁合金阳极氧化膜层耐蚀性能的方法，将石墨烯加入乙醇中，得到5~45mg/L的石墨烯分散液；将纳米稀土氧化物粒子加入去离子水中，每升去离子水加入5~20 ml乙二醇，得到1~15g/L纳米稀土氧化物粒子的悬浮溶液；将该悬浮溶液加入石墨烯分散液中，超声混合0.5~1.0小时，得到混合分散液；每升混合分散液中加入10~90g氢氧化钠、加入30~120g硅酸钠，得到混合溶液。该混合溶液作为阳极氧化电解液，前处理的镁合金工件作为阳极，进行阳极氧化处理，得到石墨烯及纳米稀土氧化物粒子复合改性的镁合金阳极氧化膜层，该膜层耐蚀性好，解决镁合金阳极氧化膜层耐蚀性能差的问题。
Description
技术领域
本发明属于镁合金表面处理技术领域，涉及一种通过在电解液中添加石墨烯和纳米稀土氧化物粒子在镁合金表面制备石墨烯及纳米稀土氧化物粒子复合改性阳极氧化膜层耐蚀性能的方法。
背景技术
镁合金是最轻的结构金属材料，具有抗震力强，刚性好，可铸可焊，电磁屏蔽性优良，导电导热能力强，长期使用不易变形，易回收等优点，广泛应用于汽车、电子、航空航天、军事等工业领域。但是镁合金化学活性高，耐蚀性较差，在一定程度上限制了其应用领域，因此，如何增强镁合金的耐蚀性是扩大镁合金应用领域的关键技术。
阳极氧化是将金属或合金的制件作为阳极，采用电解的方法使其表面形成氧化物薄膜，金属氧化物薄膜改变了金属或合金的表面状态和性能，从而提高基体的耐蚀性、耐磨性及硬度，保护金属基体等。该技术具有操作简单，易于实现，可以处理复杂构件等优点，广泛应用于铝合金、钛合金等制品的表面处理中。
然而镁合金的阳极氧化时，不但其自身不能形成有效的致密保护膜，且生成阳极氧化膜层时,大量放电通道使得镁合金阳极氧化膜呈多孔结构，这种多孔结构使得阳极氧化膜层在腐蚀过程中，与腐蚀介质有较大的接触面积，不能有效地提供保护机制。因此，如何改善现有阳极氧化工艺，使其适合镁合金表面处理显得尤为迫切。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高镁合金阳极氧化膜层耐蚀性能的方法，解决镁合金阳极氧化膜层在腐蚀过程中与腐蚀介质有较大的接触面积，不能长久提供保护机制，镁合金阳极氧化膜层耐蚀性能差的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种提高镁合金阳极氧化膜层耐蚀性能的方法，具体按照以下步骤进行，
步骤1，镁合金工件表面前处理；
步骤2，将石墨烯加入乙醇中，超声处理0.5~3小时，超声功率100~1000W，得到浓度为5~45mg/L的石墨烯分散液；
步骤3，将纳米稀土氧化物粒子加入去离子水中，每升去离子水中加入5~20 ml乙二醇，超声处理0.5~1.5小时，超声功率100~1000W，得到浓度为1~15g/L的纳米稀土氧化物粒子的悬浮溶液；
步骤4，将步骤3得到的纳米稀土氧化物粒子的悬浮溶液加入步骤2得到的石墨烯分散液中，超声混合0.5~1.0小时，超声功率300~1000W，得到石墨烯、纳米稀土氧化物粒子的混合分散液；
步骤5，向步骤4得到的混合分散液中加入氢氧化钠和硅酸钠，加入量为每升混合分散液中加入10~90g的氢氧化钠，每升混合分散液中加入30~120g的硅酸钠，并采用去离子水调节，得到纳米稀土氧化物粒子、石墨烯、氢氧化钠、硅酸钠的混合溶液；
步骤6，将步骤5得到的混合溶液作为阳极氧化电解液，加入阳极氧化槽中，将步骤1得到的镁合金工件作为阳极，在电压30~90V，时间60~1800s，温度20~70℃的条件下，进行阳极氧化处理，得到石墨烯及纳米稀土氧化物粒子复合改性的镁合金阳极氧化膜层。
本发明的特征还在于，进一步的所述步骤1中镁合金工件表面前处理，具体步骤为，
a.打磨抛光：分别采用600#、1000#、1500#、2000#砂纸对镁合金工件进行打磨并抛光；
b.脱脂：将镁合金工件置于丙酮溶液中超声处理20~40分钟；
c.离子水浸泡：将经过脱脂处理的镁合金工件在去离子水中浸泡10~30分钟，热风吹干备用。
进一步的，所述步骤1中的镁合金为AZ31镁合金。
进一步的，所述步骤3中的纳米稀土氧化物粒子为纳米氧化铈、纳米氧化钇、纳米氧化钕中的一种。
本发明的有益效果是解决了镁合金阳极氧化膜层耐蚀性能差的问题，通过本发明在镁合金表层制备石墨烯及纳米稀土氧化物粒子复合改性阳极氧化膜层，该膜层耐蚀性能优异。
附图说明
图1是实施例1中添加石墨烯及纳米稀土氧化物粒子前后镁合金阳极氧化膜层的极化曲线图。
图2是实施例2中添加石墨烯及纳米稀土氧化物粒子前后镁合金阳极氧化膜层的极化曲线图。
图3是实施例3中添加石墨烯及纳米稀土氧化物粒子前后镁合金阳极氧化膜层的极化曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种提高镁合金阳极氧化膜层耐蚀性能的方法，通过在镁合金阳极氧化电解液中添加石墨烯及纳米稀土氧化物粒子，从而在镁合金表层制备石墨烯及纳米稀土氧化物粒子复合改性阳极氧化膜层，提高镁合金阳极氧化膜层的耐蚀性能。
实施例1，
步骤1，AZ31镁合金工件表面前处理，
a.打磨抛光：分别采用600#、1000#、1500#、2000#砂纸对镁合金工件进行打磨并抛光；
b.脱脂：将镁合金工件置于丙酮溶液中超声处理20分钟；
c.离子水浸泡：将经过脱脂处理的镁合金工件在去离子水中浸泡30分钟，热风吹干备用；
步骤2，将石墨烯加入乙醇中，超声处理0.5小时，超声功率100W，得到浓度为5mg/L的石墨烯分散液；
步骤3，将纳米氧化铈加入去离子水中，每升去离子水中加入5 ml乙二醇，超声处理0.5小时，超声功率100W，得到浓度为1g/L的纳米氧化铈粒子的悬浮溶液；
步骤4，将步骤3得到的纳米氧化铈粒子的悬浮溶液加入步骤2得到的石墨烯分散液中，超声混合0.5小时，超声功率300W，得到石墨烯、纳米氧化铈粒子的混合分散液；
步骤5，向步骤4得到的混合分散液中加入氢氧化钠和硅酸钠，加入量为每升混合分散液中加入10g的氢氧化钠，每升混合分散液中加入30g的硅酸钠，并采用去离子水调节，得到纳米氧化铈、石墨烯、氢氧化钠、硅酸钠的混合溶液；
步骤6，将步骤5得到的混合溶液作为阳极氧化电解液，加入阳极氧化槽中，将步骤1得到的镁合金工件作为阳极，在电压30V，时间60s，温度20℃的条件下，进行阳极氧化处理，得到石墨烯及纳米氧化铈粒子复合改性的镁合金阳极氧化膜层。
如图1，是实施例1前后镁合金阳极氧化膜层的极化曲线图。经塔菲尔拟合可知，经过实施例1的步骤1~步骤6的处理，AZ31镁合金中的腐蚀电位由-1.54V提高至-1.19V，腐蚀电流密度由4.376×10-4A •cm-2降低至2.568×10-6A •cm-2，降低了两个数量级，明显提高了镁合金的耐蚀性，解决了镁合金阳极氧化膜层在腐蚀过程中与腐蚀介质有较大的接触面积，不能长久提供保护机制，镁合金阳极氧化膜层耐蚀性能差的问题。
实施例2，
步骤1，AZ31镁合金工件表面前处理，
a.打磨抛光：分别采用600#、1000#、1500#、2000#砂纸对镁合金工件进行打磨并抛光；
b.脱脂：将镁合金工件置于丙酮溶液中超声处理40分钟；
c.离子水浸泡：将经过脱脂处理的镁合金工件在去离子水中浸泡10分钟，热风吹干备用；
步骤2，将石墨烯加入乙醇中，超声处理3小时，超声功率1000W，得到浓度为45mg/L的石墨烯分散液；
步骤3，将纳米氧化钇加入去离子水中，每升去离子水中加入20 ml乙二醇，超声处理1.5小时，超声功率1000W，得到浓度为15g/L的纳米氧化钇的悬浮溶液；
步骤4，将步骤3得到的纳米氧化钇的悬浮溶液加入步骤2得到的石墨烯分散液中，超声混合1.0小时，超声功率1000W，得到石墨烯、纳米氧化钇的混合分散液；
步骤5，向步骤4得到的混合分散液中加入氢氧化钠和硅酸钠，加入量为每升混合分散液中加入90g的氢氧化钠，每升混合分散液中加入120g的硅酸钠，并采用去离子水调节，得到纳米氧化钇、石墨烯、氢氧化钠、硅酸钠的混合溶液；
步骤6，将步骤5得到的混合溶液作为阳极氧化电解液，加入阳极氧化槽中，将步骤1得到的镁合金工件作为阳极，在电压90V，时间1800s，温度70℃的条件下，进行阳极氧化处理，得到石墨烯及纳米氧化钇粒子复合改性的镁合金阳极氧化膜层。
如图2，是实施例2前后镁合金阳极氧化膜层的极化曲线图。经塔菲尔拟合可知，经过实施例2的步骤1~步骤6的处理，AZ31镁合金中的腐蚀电位由-1.52V提高至-1.41V，腐蚀电流密度由5.429×10-4A •cm-2降低至7.299×10-7A •cm-2，降低了三个数量级，明显提高了镁合金的耐蚀性，解决了镁合金阳极氧化膜层在腐蚀过程中与腐蚀介质有较大的接触面积，不能长久提供保护机制，镁合金阳极氧化膜层耐蚀性能差的问题。
实施例3，
步骤1，AZ31镁合金工件表面前处理，
a.打磨抛光：分别采用600#、1000#、1500#、2000#砂纸对镁合金工件进行打磨并抛光；
b.脱脂：将镁合金工件置于丙酮溶液中超声处理30分钟；
c.离子水浸泡：将经过脱脂处理的镁合金工件在去离子水中浸泡20分钟，热风吹干备用；
步骤2，将石墨烯加入乙醇中，超声处理2小时，超声功率500W，得到浓度为20mg/L的石墨烯分散液；
步骤3，将纳米氧化钕加入去离子水中，每升去离子水中加入15 ml乙二醇，超声处理1小时，超声功率1000W，得到浓度为10g/L的纳米氧化钕粒子的悬浮溶液；
步骤4，将步骤3得到的纳米氧化钕粒子的悬浮溶液加入步骤2得到的石墨烯分散液中，超声混合0.8小时，超声功率600W，得到石墨烯、纳米氧化钕粒子的混合分散液；
步骤5，向步骤4得到的混合分散液中加入氢氧化钠和硅酸钠，加入量为每升混合分散液中加入50g的氢氧化钠，每升混合分散液中加入70g的硅酸钠，并采用去离子水调节，得到纳米氧化钕、石墨烯、氢氧化钠、硅酸钠的混合溶液；
步骤6，将步骤5得到的混合溶液作为阳极氧化电解液，加入阳极氧化槽中，将步骤1得到的镁合金工件作为阳极，在电压60V，时间1000s，温度50℃的条件下，进行阳极氧化处理，得到石墨烯及纳米氧化钕粒子复合改性的镁合金阳极氧化膜层。
如图3，是实施例3前后镁合金阳极氧化膜层的极化曲线图。经塔菲尔拟合可知，经过实施例3的步骤1~步骤6的处理，AZ31镁合金中的腐蚀电位由-1.55V提高至-1.08V，腐蚀电流密度由1.499×10-4A •cm-2降低至3.614×10-6A •cm-2，降低了两个数量级，明显提高了镁合金的耐蚀性，解决了镁合金阳极氧化膜层在腐蚀过程中与腐蚀介质有较大的接触面积，不能长久提供保护机制，镁合金阳极氧化膜层耐蚀性能差的问题。
通过实施例1-例3可见，通过在镁合金阳极氧化电解液中添加石墨烯及纳米稀土氧化物粒子，可以明显降低合金的腐蚀电流密度，提高镁合金的耐蚀性。
Claims (1)
1.一种提高镁合金阳极氧化膜层耐蚀性能的方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行，
步骤1，镁合金工件表面前处理；
步骤2，将石墨烯加入乙醇中，超声处理0.5～3小时，超声功率100～1000W，得到浓度为5～45mg/L的石墨烯分散液；
步骤3，将纳米稀土氧化物粒子加入去离子水中，每升去离子水中加入5～20ml乙二醇，超声处理0.5～1.5小时，超声功率100～1000W，得到浓度为1～15g/L的纳米稀土氧化物粒子的悬浮溶液；
步骤4，将步骤3得到的纳米稀土氧化物粒子的悬浮溶液加入步骤2得到的石墨烯分散液中，超声混合0.5～1.0小时，超声功率300～1000W，得到石墨烯、纳米稀土氧化物粒子的混合分散液；
步骤5，向步骤4得到的混合分散液中加入氢氧化钠和硅酸钠，加入量为每升混合分散液中加入10～90g的氢氧化钠，每升混合分散液中加入30～120g的硅酸钠，并采用去离子水调节，得到纳米稀土氧化物粒子、石墨烯、氢氧化钠、硅酸钠的混合溶液；
步骤6，将步骤5得到的混合溶液作为阳极氧化电解液，加入阳极氧化槽中，将步骤1得到的镁合金工件作为阳极，在电压30～90V，时间60～1800s，温度20～70℃的条件下，进行阳极氧化处理，得到石墨烯及纳米稀土氧化物粒子复合改性的镁合金阳极氧化膜层；
所述步骤1中镁合金工件表面前处理，具体步骤为，
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