CN109750340B

CN109750340B - 一种镁合金绿色热控微弧氧化涂层的制备方法

Info

Publication number: CN109750340B
Application number: CN201910162285.1A
Authority: CN
Inventors: 卢小鹏; 王鑫焱; 张涛; 王福会
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2019-03-05
Filing date: 2019-03-05
Publication date: 2020-11-20
Anticipated expiration: 2039-03-05
Also published as: CN109750340A

Abstract

本发明属于轻合金腐蚀与防护领域，涉及一种具有颜色及热控性能的镁合金绿色热控微弧氧化涂层的制备方法。在微弧氧化原位涂层制备的过程中，电解液的组成为：六偏磷酸钠10～15g/L，三聚磷酸钠10～15g/L，三价铬化合物5～9g/L，氨缓溶液50～80ml/L，碳酸钠10～18g/L，甘油30～50ml/L，水余量；微弧氧化的工艺参数如下：电流密度4.5～5.5A/dm²，频率50～500Hz，占空比20～40％，处理时间20～35min，温度25～35℃，给定电压上限范围400～460V。本发明可以解决目前微弧氧化热控涂层颜色单一、装饰效果较差，而耐蚀性较好的含铬涂层为六价铬，产品不环保的缺点。

Description

一种镁合金绿色热控微弧氧化涂层的制备方法

技术领域

本发明属于轻合金腐蚀与防护领域，涉及一种镁合金绿色热控微弧氧化涂层的制备方法。

背景技术

镁合金因开路电位较低、耐腐蚀能力较差，因此在工程应用前需进行耐蚀处理，如：合金化、表面处理等。表面处理技术目前应用较广泛，包括：化学转化处理、阳极氧化处理、微弧氧化处理等技术；其中，微弧氧化技术因工艺操作简单、环保等优点，被国内外学者所研究。但针对镁合金微弧氧化技术的研究目前仍存在诸多应用领域的挑战，如：3C电子产品制造业及航空航天产业对于微弧氧化技术的装饰、热控性能需求。因此，要求制备的涂层满足一定的吸收率、发射率要求，同时涂层颜色分布均匀，保证具有一定的耐蚀性能及装饰效果。

发明内容

本发明的目的为提供一种镁合金绿色热控微弧氧化涂层的制备方法，以解决目前微弧氧化热控涂层颜色单一、装饰效果较差，而耐蚀性较好的含铬涂层为六价铬，产品不环保的缺点。

本发明的技术方案是：

一种镁合金绿色热控微弧氧化涂层的制备方法，在微弧氧化原位涂层制备的过程中，电解液的组成为：六偏磷酸钠10～15g/L，三聚磷酸钠10～15g/L，三价铬化合物5～9g/L，氨缓溶液50～80ml/L，碳酸钠10～18g/L，甘油30～50ml/L，水余量；微弧氧化的工艺参数如下：电流密度4.5～5.5A/dm²，频率50～500Hz，占空比20～40％，处理时间20～35min，温度25～35℃，给定电压上限范围400～460V。

所述的镁合金绿色热控微弧氧化涂层的制备方法，镁合金材料为AZ91D、MB8或AM50。

所述的镁合金绿色热控微弧氧化涂层的制备方法，三价铬化合物为硫酸铬钾或三氧化二铬。

所述的镁合金绿色热控微弧氧化涂层的制备方法，首先通过电解液中的碳酸钠将电解液pH值调至12.80～13.80，然后加入氨缓溶液使溶液pH值稳定在13.00～13.80。

所述的镁合金绿色热控微弧氧化涂层的制备方法，氨缓溶液为NH₃H₂O-NH₄Cl标准缓冲液。

所述的镁合金绿色热控微弧氧化涂层的制备方法，电解液中的三聚磷酸钠采用磷酸系的其他钠盐替代。

所述的镁合金绿色热控微弧氧化涂层的制备方法，该方法采用恒流模式微弧氧化进行，根据不同合金材料设定不同的给定电压上限。

所述的镁合金绿色热控微弧氧化涂层的制备方法，所制备的微弧氧化涂层：吸收率为0.85～0.89，发射率为0.86～0.89。

本发明的设计思想是：

本发明通过在制备镁合金微弧氧化涂层的过程中引入环保的三价铬，使形成的微弧氧化涂层中含有三价铬的化合物；三价铬氧化物在紫外—可见光波段的吸收率较高、在红外波段的发射率较高，并具有耐蚀的效果；因此与未加入铬的微弧氧化涂层相比，含铬微弧氧化涂层的热控性能、耐蚀性能可进一步增加。

与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：

现有技术中，微弧氧化技术制备的热控涂层颜色单一、装饰效果较差，而耐蚀性较好的含铬涂层为六价铬，产品不环保。本发明提供的方法可实现涂层耐蚀，装饰颜色为绿色，耐蚀性能较好，同时使涂层具有高吸收率及高发射率。

附图说明

图1为AZ91D进行未掺杂三价铬化合物的涂层表面(a)与掺杂三价铬化合物的涂层表面(b)对比；

图2为AZ91D进行三价铬化合物掺杂后的微弧氧化表面形貌，放大倍数为500倍；

图3为AZ91D进行三价铬化合物掺杂后的XRD图；图中，横坐标2θ代表衍射角(degree)，纵坐标intensity代表相对强度(a.u.)。

具体实施方式

在具体实施过程中，本发明方法采用的电解液：六偏磷酸钠10～15g/L，三聚磷酸钠10～15g/L，三价铬化合物5～9g/L，氨缓溶液50～80ml/L，碳酸钠10～18g/L，甘油30～50ml/L；工艺参数如下：电流密度4.5～5.5A/dm²，频率50～500Hz，占空比20～40％，处理时间20～35min，温度25～35℃，给定电压上限范围400～460V。所制涂层吸收率为0.85～0.89、发射率为0.86～0.89。

以下，通过实施例进一步说明本发明的方法。

实施例1

样品前处理：将AZ91D合金线切割成40×40×6mm样品，通过240#、600#、1200#砂纸分别打磨20分钟后置于乙醇浸泡20min，吹干表面乙醇后待用。

样片安装：将待用AZ91D样品与微弧氧化电源阳极端进行电连接，将石墨板与微弧氧化电源阴极端进行电连接，同时将两极置于电解槽中；

电解液配制：取六偏磷酸钠10g/L，三聚磷酸钠10g/L，硫酸铬钾5g/L，甘油30ml/L置于烧杯中混合均匀，加入碳酸钠10g/L，测定溶液pH值至12.80以上，当pH低于该值，需进一步加入碳酸钠提升pH值，待溶液pH达到12.80后加入氨缓溶液50ml/L，溶剂为水。

微弧氧化电源工艺参数设定：电流密度4.5A/dm²，频率100Hz，占空比30％，处理时间20min，温度25℃，给定电压上限范围400V。

样品制备过程中，在电解槽中安装电控搅拌机，搅拌速度为500r/min，同时将电解液进行间接冷却循环，冷却温度设定为25℃。

本实施例所制备的微弧氧化涂层：吸收率为0.85，发射率为0.87。

实施例2

样品前处理：将MB8合金线切割成40×40×6mm样品，通过240#、600#、1200#砂纸分别打磨20分钟后置于乙醇浸泡20min，吹干表面乙醇后待用。

样片安装：将待用MB8样品与微弧氧化电源阳极端进行电连接，将石墨板与微弧氧化电源阴极端进行电连接，同时将两极置于电解槽中；

电解液配制：取六偏磷酸钠15g/L，三聚磷酸钠15g/L，三氧化二铬8g/L，甘油40ml/L置于烧杯中混合均匀，加入碳酸钠13g/L，测定溶液pH值至13.00以上，当pH低于该值，需进一步加入碳酸钠提升pH值，待溶液pH达到13.00后加入氨缓溶液50ml/L，溶剂为水。

微弧氧化电源工艺参数设定：电流密度5.0A/dm²，频率300Hz，占空比30％，处理时间30min，温度30℃，给定电压上限范围450V。

样品制备过程中，在电解槽中安装电控搅拌机，搅拌速度为700r/min，同时将电解液进行间接冷却循环，冷却温度设定为30℃。

本实施例所制备的微弧氧化涂层：吸收率为0.87，发射率为0.88。

实施例3

样品前处理：将AM50合金线切割成40×40×6mm样品，通过240#、600#、1200#砂纸分别打磨20分钟后置于乙醇浸泡20min，吹干表面乙醇后待用。

样片安装：将待用AM50样品与微弧氧化电源阳极端进行电连接，将石墨板与微弧氧化电源阴极端进行电连接，同时将两极置于电解槽中；

电解液配制：取六偏磷酸钠13g/L，三聚磷酸钠10g/L，硫酸铬钾9g/L，甘油50ml/L置于烧杯中混合均匀，加入碳酸钠15g/L，测定溶液pH值至13.30以上，当pH低于该值，需进一步加入碳酸钠提升pH值，待溶液pH达到13.30后加入氨缓溶液80ml/L，溶剂为水。

微弧氧化电源工艺参数设定：电流密度5.5A/dm²，频率400Hz，占空比40％，处理时间35min，温度35℃，给定电压上限范围460V。

样品制备过程中，在电解槽中安装电控搅拌机，搅拌速度为900r/min，同时将电解液进行间接冷却循环，冷却温度设定为35℃。

本实施例所制备的微弧氧化涂层：吸收率为0.89，发射率为0.89。

如图1所示，从AZ91D进行未掺杂三价铬化合物的涂层表面(a)与掺杂三价铬化合物的涂层表面(b)对比可以看出，掺杂前的涂层(a)颜色为灰白色；掺杂后的涂层(b)颜色为深绿色，说明三价铬(三价铬氧化物的颜色为绿色)已均匀、有效地掺入微弧氧化涂层中。

如图2所示，从AZ91D进行三价铬化合物掺杂后的微弧氧化表面形貌可以看出，所制涂层的表面均匀分布着白色的颗粒状物质，该物质为微弧氧化过程中所形成的三氧化二铬。

如图3所示，从AZ91D进行三价铬化合物掺杂后的XRD图可以看出，已检测出三氧化二铬的特征峰，说明涂层表面含有三氧化二铬晶体。

实施例结果表明，本发明制备的镁合金微弧氧化涂层，耐蚀、装饰颜色为绿色、耐蚀性能较好，同时具有高吸收率及高发射率的特点。

Claims

1.一种镁合金绿色热控微弧氧化涂层的制备方法，其特征在于，在微弧氧化原位涂层制备的过程中，电解液的组成为：六偏磷酸钠10～15g/L，三聚磷酸钠10～15g/L，三氧化二铬5～9g/L，氨缓溶液50～80ml/L，碳酸钠10～18g/L，甘油30～50ml/L，水余量；微弧氧化的工艺参数如下：电流密度4.5～5.5A/dm²，频率50～500Hz，占空比20～40％，处理时间20～35min，温度25～35℃，给定电压上限范围400～460V。

2.按照权利要求1所述的镁合金绿色热控微弧氧化涂层的制备方法，其特征在于，镁合金材料为AZ91D、MB8或AM50。

3.按照权利要求1所述的镁合金绿色热控微弧氧化涂层的制备方法，其特征在于，首先通过电解液中的碳酸钠将电解液pH值调至12.80～13.80，然后加入氨缓溶液使溶液pH值稳定在13.00～13.80。

4.按照权利要求1所述的镁合金绿色热控微弧氧化涂层的制备方法，其特征在于，氨缓溶液为NH₃H₂O-NH₄Cl标准缓冲液。

5.按照权利要求1所述的镁合金绿色热控微弧氧化涂层的制备方法，其特征在于，电解液中的三聚磷酸钠采用磷酸系的其他钠盐替代。

6.按照权利要求1所述的镁合金绿色热控微弧氧化涂层的制备方法，其特征在于，该方法采用恒流模式微弧氧化进行，根据不同合金材料设定不同的给定电压上限。

7.按照权利要求1所述的镁合金绿色热控微弧氧化涂层的制备方法，其特征在于，所制备的微弧氧化涂层：吸收率为0.85～0.89，发射率为0.86～0.89。