CN107955961B - 一种镁合金表面导电防腐涂层的制备方法 - Google Patents

一种镁合金表面导电防腐涂层的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种镁合金表面导电防腐涂层的制备方法，属于导电涂层领域。其制备方法包括以下步骤：镁合金材料经前期处理后在铬酸盐溶液中进行导电氧化处理，采用聚四氟乙烯工装将零件的非微弧氧化表面进行保护，再将各个零件在硅酸钠溶液中进行微弧氧化处理、拆卸工装。使导电氧化和微弧氧化技术相结合，实现镁合金材料表面既防腐又导电的功能。本发明的有益效果是在不降低镁合金构件间的导电性的同时，提高其防腐性能。

Description

一种镁合金表面导电防腐涂层的制备方法
技术领域
本发明属于导电涂层领域，涉及一种镁合金表面导电防腐涂层的制备方法。具体涉及一种导电氧化和微弧氧化相结合技术，实现材料表面既防腐又导电的功能。
背景技术
限制镁合金应用的瓶颈就在于其极差的耐蚀性能，镁合金具有很高的化学和电化学活性，在大气中特别是在潮湿和沿海地区很容易受到腐蚀。所以海洋环境一直以来都是镁合金的使用禁区。但是随着舰载设备轻量化需求越来越迫切，又不得不使用镁合金材料，因此镁合金防腐成为必须解决的问题。
目前镁合金常见的表面处理方法有化学氧化、阳极氧化、金属镀层、物理气相沉积、离子注入、激光表面合金化等。这些表面处理方法都存在一些缺点：化学氧化生成的膜层较薄，且质脆多孔，耐磨性、耐蚀性不好，一般作为装饰及中间防护层。目前镁合金的化学氧化主要还是以铬酐酸或重铬酸盐为主要成分的水溶液化学处理(称为铬化处理)，铬酸盐中的Cr6+具有毒性，对环境污染严重，排放受到环保法规的限制，且废液处理成本高；阳极氧化膜层孔隙较大，分布不均匀，一般也只作为涂装底层；金属镀层工艺复杂，镀液稳定性差，膜层与基体结合力差；物理气相沉积与离子注入成本高；激光表面合金化处理会产生尺寸的变化，需要附加机械加工，成本也较高，目前在国内还处于起步阶段。
微弧氧化直接将基体金属氧化烧结成氧化物陶瓷，膜层与基体结合强度高，膜层厚度可以根据需要进行控制，硬度及耐腐蚀性能良好，可通过电泳着色，是镁合金理想的表面处理方法。但镁合金微弧氧化氧化膜层由MgO为主的氧化物陶瓷组成，这层陶瓷层具有良好的绝缘性，而通常情况下，电子装备都要求具有电磁屏蔽性能，要保持镁合金壳体类零件的电磁屏蔽性，必须要求相互组装的零件之间保持电导通。因此仅仅采用微弧氧化技术，只能实现其防腐性能，现迫切需要一种既防腐又导电的技术途径。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种镁合金表面导电防腐涂层的制备方法。
为了使电子装备外壳既具有良好的耐腐蚀性能，又保持金属构件所具有的电磁屏蔽功能，本发明通过导电氧化与微弧氧化相结合的方案来达到上述目的，如此以来在各个零件装配时相互贴合的面上，导电氧化层起到一定的防护作用，又不影响各个零件基体之间相互导通，从而保持整体的电磁功能，零件其它表面有微弧氧化层起到耐腐蚀的作用。具体做法是先对各零件进行导电氧化，再将各个零件与其它零件在装配时相互贴合的面进行保护，再做微弧氧化处理。
为达到上述所述目的，本发明提供如下技术方案：一种镁合金表面导电防腐涂层的制备方法，包括以下步骤：
（1）导电氧化：对镁合金零件基体表面进行导电氧化处理；
（2）保护：采用聚四氟乙烯工装将零件的非微弧氧化表面进行保护；
（3）微弧氧化：将保护后的零件进行微弧氧化处理，处理时，保护面以外的导电氧化层会被电击穿，在等离子弧的作用下导电氧化层物质与新生成的氧化镁经历熔融烧结、冷却凝固形成微弧氧化层；
（4）拆卸工装：微弧氧化处理后，将镁合金零件取出清洗，并拆卸工装。
进一步，步骤（1）所述的导电氧化处理在铬酸盐溶液中进行，所述溶液配方为CrO3 3-4g/L、Na2Cr2O7 1-3g/L、NaF0.5g/L、缓蚀剂0.5g/L，常温下，处理5-10min。
进一步，步骤（2）所述装配工装之前，在非微弧氧化表面涂上硅胶层，以达到密封的效果。
进一步，步骤（3）所述的微弧氧化工艺具体为：微弧氧化溶液为20g/L的硅酸钠水溶液，微弧氧化频率400Hz、占空比50%、平均电流密度3A/dm2、终止电压470±5V、时间47min。
进一步，步骤（1）所述在对镁合金零件基体表面进行导电氧化之前还包括前处理步骤，所述前处理包括对镁合金零件进行碱洗、水洗、酸浸工艺。
进一步，所述碱洗工艺为将镁合金零件在Na2CO3 20g/L、Na3PO4 18 g/L、Na2SiO310g/L和KOH 1g/L的溶液中，于温度50-60℃，碱洗5-8min。
进一步，所述酸浸工艺为将镁合金零件在HNO3溶液中，常温下处理2-3min。
本发明的有益效果在于：
本发明采用的导电氧化和微弧氧化技术，能在不降低镁合金构件间的导电性的同时，提高其防腐性能；
镁合金材料导电氧化后，材料表面形成一层化学转化膜，经电阻测试，这层膜对镁合金材料的导电性几乎没有影响；
采用军用装备实验室环境试验方法中盐雾试验（GJB150.11A-2009）进行耐腐蚀测试。盐雾试验后，试样表面无变化，保护效果良好。按照GJB150.9A-2009军用装备实验室环境试验方法中湿热试验标准进行测试，测试结果满足产品性能要求；
目前，镁合金导电氧化后再微弧氧化方案已经在多种型号的装备上获得应用。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为本发明的工装保护装配图；
其中，1.镁合金零件，2.硅胶层，3.聚四氟乙烯工装，4.绝缘螺钉，5.绝缘螺栓，6.被保护面。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例1
选取50×100×5mm大小的AZ31镁合金，经无水乙醇浸泡、超声波清洗后待用，采用碱洗、水洗、酸浸工艺去除金属表面的氧化物及松散附着的冷加工金属屑和已经嵌入表面的污垢，碱洗溶液配方为：Na2CO3（20g/L）、Na3PO4（18 g/L）、Na2SiO3（10g/L）、KOH（1g/L），温度50℃，碱洗时间6min；酸浸溶液为HNO3（70g/L），常温下处理2min。
待试样处理完毕后在铬酸盐溶液中进行氧化导电工艺，溶液配方为：CrO3（4g/L）、Na2Cr2O7（3g/L）、NaF（0.5g/L）、缓蚀剂（0.5g/L），常温下处理10min后取出镁合金零件，烘干待用。
如图2所示，对镁合金零件1上需要跟其它零件相互装配连接形成导电接触面的表面6进行保护，其保护方式是用聚四氟乙烯材料做成相应的工装3，工装与零件装配时，其上有一个面与需要保护的面完全重合，在装配工装之前，在需要保护的面上涂上硅胶2以达到密封的效果。一般情况下零件上在与其它零件装配接触的面上都有螺纹孔或者通孔，工装与镁合金零件通过尼龙（或其它绝缘材料）螺钉4或螺栓5连接装配，保证需保护面与工装切合紧密。
装配好的零件采用双极性T-MAO-B200型微弧氧化设备，在硅酸钠与纯净水配置成的电解液中（硅酸钠浓度：20g/L）进行加工，微弧氧化工艺频率400Hz 、占空比50%、平均电流密度3A/dm2、终止电压470±5V、制备47min。完成微弧氧化工艺处理后，将零件取出清洗，拆卸工装，清理保护面上的硅胶，烘干材料进行后续应用。
通过上述处理在镁合金零件需要相互装配连接的面上保留导电氧化层，使得不同零件装配后基体之间保持电导通，另外导电氧化层又具有一定的防腐性。零件的其余部分有微弧氧化层，保证装配后的整个产品的耐腐蚀防护。
实施例2 性能测试
实施例1的AZ31镁合金材料导电氧化后，材料表面形成一层化学转化膜，经电阻测试，这层膜对镁合金材料的导电性几乎没有影响。
采用军用装备实验室环境试验方法（GJB150.11A-2009）中盐雾试验进行耐腐蚀测试。盐雾试验后，试样表面无变化，保护效果良好。按照GJB150.9A-2009方法中湿热试验标准进行测试，测试结果满足产品性能要求。
需要说明的是，本发明公开的导电防腐涂层的制备方法，同样适用于其它牌号的镁合金材料，如AZ91系列、AM系列、AS系列和AE系列等。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (4)

1.一种镁合金表面导电防腐涂层的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)导电氧化：对镁合金零件基体表面进行导电氧化处理,所述的导电氧化处理在铬酸盐溶液中进行，其溶液配方为CrO3 3-4g/L、Na2Cr2O7 1-3g/L、NaF0.5g/L、缓蚀剂0.5g/L，常温下，处理5-10min；
(2)保护：采用聚四氟乙烯工装将零件的非微弧氧化表面进行保护,所述装配工装之前，在非微弧氧化表面涂上硅胶层；
(3)微弧氧化：将保护后的零件进行微弧氧化处理,所述微弧氧化工艺为：微弧氧化溶液为20g/L的硅酸钠水溶液，微弧氧化频率400Hz、占空比50％、平均电流密度3A/dm2、终止电压470±5V、时间47min；
(4)拆卸工装：微弧氧化处理后，将镁合金零件取出清洗，并拆卸工装。
2.根据权利要求1所述的镁合金表面导电防腐涂层的制备方法，其特征在于步骤(1)所述在对镁合金零件基体表面进行导电氧化之前还包括前处理步骤，所述前处理包括对镁合金零件进行碱洗、水洗、酸浸工艺。
3.根据权利要求2所述的镁合金表面导电防腐涂层的制备方法，其特征在于所述碱洗工艺为：镁合金零件在Na2CO3 20g/L、Na3PO4 18g/L、Na2SiO3 10g/L和KOH1g/L的溶液中，于温度50-60℃，碱洗5-8min。
4.根据权利要求2所述的镁合金表面导电防腐涂层的制备方法，其特征在于所述酸浸工艺为：镁合金零件在HNO3溶液中，常温下处理2-3min。
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