一種用于微弧氧化的電解液、微弧氧化方法及應(yīng)用技術(shù)

本申請(qǐng)公開(kāi)了一種用于微弧氧化的電解液、微弧氧化方法及應(yīng)用。本申請(qǐng)用于微弧氧化的電解液，包括終濃度為5?50g/L的磷酸鹽、1?15g/L的含鐵化合物和1?10g/L的絡(luò)合劑，溶劑為蒸餾水；含鐵化合物為二價(jià)鐵化合物和/或三價(jià)鐵化合物。本申請(qǐng)的用于微弧氧化的電解液，將磷酸鹽、含鐵化合物和絡(luò)合劑溶解于水中，既滿足了微弧氧化電解液的使用需求，又將磷化處理的磷酸鹽引入其中，將磷化處理和微弧氧化相結(jié)合；使得采用本申請(qǐng)的電解液進(jìn)行微弧氧化獲得的膜層具有更好的致密度，進(jìn)而提高了被處理工件的耐腐蝕性能。

Electrolytic solution, micro arc oxidation method and application for micro arc oxidation

The present invention discloses an electrolyte for micro arc oxidation, a micro arc oxidation method and an application thereof. The application of electrolyte for micro arc oxidation, including the final concentration of 5 50g/L, 1 phosphate 15g/L iron containing compounds and 1 10g/L complexing agent, solvent is distilled water; iron containing compounds of two valent iron compounds and / or ferric compounds. The application of electrolyte for micro arc oxidation, phosphate and iron containing compounds and complexing agent dissolved in water, not only to meet the demand for the use of micro arc oxidation electrolyte, and the phosphating treatment of phosphate are introduced, the phosphating and microarc oxidation combined with electrolyte; makes the application of micro arc oxidation film obtained with density better, thus improving the corrosion resistance of the workpiece to be processed.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種用于微弧氧化的電解液、微弧氧化方法及應(yīng)用
本申請(qǐng)涉及合金材料表面改性領(lǐng)域，特別是涉及一種用于微弧氧化的電解液、微弧氧化方法及應(yīng)用。
技術(shù)介紹
近年來(lái)，隨著汽車(chē)工業(yè)、軍事國(guó)防、航空航天、醫(yī)療器械及日常3C產(chǎn)品等領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，人們對(duì)新材料的性能要求愈加苛刻。鋁合金因其高比強(qiáng)度、易加工及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用廣泛。但是，為滿足更嚴(yán)苛的應(yīng)用要求，鋁合金的性能也在不斷被提升，其中，鋁合金的耐腐蝕性能一直以來(lái)都是衡量其應(yīng)用前景的重要指標(biāo)之一。目前，有許多方法被用來(lái)提高鋁合金的耐腐蝕性能，如犧牲陽(yáng)極、化學(xué)轉(zhuǎn)換膜、陽(yáng)極氧化、微弧氧化、物理沉積等，其大致機(jī)理均是通過(guò)改變合金組分或者在合金表面形成保護(hù)層達(dá)到提高鋁合金的耐腐蝕性能的目的。其中，微弧氧化(micro-arcoxidation，縮寫(xiě)MAO)又稱等離子體電解氧化(plasmaelectrolyticoxidation，縮寫(xiě)PEO)，作為一種前沿的表面處理技術(shù)，因其成膜效率高，膜層結(jié)合力好，環(huán)境污染小等特點(diǎn)受到愈來(lái)愈多的研究和關(guān)注。同時(shí)，用該技術(shù)處理得到的氧化陶瓷膜其抗腐和耐磨性能均較常規(guī)的技術(shù)，如陽(yáng)極氧化法和化學(xué)轉(zhuǎn)換膜法，更加優(yōu)異。采用微弧氧化得到的氧化陶瓷膜主要為金屬氧化物，該膜層一般分為疏松層和致密層，其中，對(duì)抗腐蝕性能提升取決定性作用的是致密層的厚度。通過(guò)調(diào)節(jié)電解液組分和電參數(shù)，如電流密度、頻率、占空比和氧化時(shí)間等，均可以一定程度上提高膜層致密層的厚度。但是，致密層的厚度提高的同時(shí)，疏松層的厚度增加速率可能高于致密層，即會(huì)獲得更厚的疏松層；這導(dǎo)致膜層性能受到影響，比如膜層的粗糙度。另外，對(duì)于尺寸要求較高的零部件而言，膜層太厚，會(huì)影響零部件尺寸的精確度，會(huì)造成后續(xù)的組裝困難等問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本申請(qǐng)的目的是提供一種新的用于微弧氧化的電解液，基于該電解液的微弧氧化方法及其應(yīng)用。本申請(qǐng)采用了以下技術(shù)方案：本申請(qǐng)一方面公開(kāi)了一種用于微弧氧化的電解液，包括終濃度為5-50g/L的磷酸鹽、1-15g/L的含鐵化合物和1-10g/L的絡(luò)合劑，溶劑為蒸餾水，其中含鐵化合物為二價(jià)鐵化合物和/或三價(jià)鐵化合物。需要說(shuō)明的是，本申請(qǐng)的關(guān)鍵在于將磷化處理的磷酸鹽加入到本申請(qǐng)?zhí)貏e配置的微弧氧化電解液中，將化學(xué)轉(zhuǎn)換成膜與微弧氧化相結(jié)合，進(jìn)而改善膜層致密度，提高耐腐蝕性能。還需要說(shuō)明的是，磷化處理是在材料表面形成一層致密的、難溶的金屬磷酸鹽，以達(dá)到防腐的目的，但其主要缺點(diǎn)是成膜效率低、膜層結(jié)合力差，難以得到較厚的膜層，實(shí)際應(yīng)用中一般只有幾微米的膜厚；而本申請(qǐng)將其與微弧氧化相結(jié)合后，可以達(dá)到30微米的膜厚，并且采用本申請(qǐng)的電解液進(jìn)行微弧氧化獲得的膜層結(jié)合了磷化處理與微弧氧化兩者的優(yōu)點(diǎn)。此外，本申請(qǐng)的電解液或微弧氧化方法，與磷化處理相比，磷化處理使用的強(qiáng)酸性反應(yīng)體系對(duì)環(huán)境具有很大的污染，而本申請(qǐng)的電解液或微弧氧化方法，以水為溶劑，僅需添加磷酸鹽、含鐵化合物和絡(luò)合劑，環(huán)保安全。優(yōu)選的，磷酸鹽選自六偏磷酸鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、多聚磷酸鈉、磷酸三鈉和焦磷酸鈉中的至少一種。更優(yōu)選的，磷酸鹽為六偏磷酸鈉。優(yōu)選的，含鐵化合物選自草酸高鐵銨、草酸鐵、檸檬酸鐵銨、檸檬酸鐵、硝酸鐵、硫酸鐵、硫酸亞鐵、氯化鐵、氯化亞鐵、普魯士藍(lán)、硫化亞鐵、二硫化鐵中的至少一種。更優(yōu)選的，含鐵化合物為草酸高鐵銨。優(yōu)選的，絡(luò)合劑選自乙二胺四乙酸二鈉、三乙醇胺、酒石酸鈉、檸檬酸、草酸中的至少一種。更優(yōu)選的，絡(luò)合劑為乙二胺四乙酸二鈉。優(yōu)選的，電解液的pH值為4-7，電解液的離子電導(dǎo)率為5-50mScm-1。本申請(qǐng)的另一面公開(kāi)了一種包括采用本申請(qǐng)的電解液的微弧氧化方法。優(yōu)選的，電解液的溫度控制在10℃-50℃；并且，微弧氧化方法使用的電源為脈沖電源，脈沖電源處理參數(shù)為恒流模式下，電流密度5-20A/dm2、處理時(shí)間5-30min、頻率50-3000Hz；或者恒壓模式下，電壓300-600V，處理時(shí)間5-30min、頻率50-3000Hz。優(yōu)選的，本申請(qǐng)的微弧氧化方法，包括以下步驟，1)前處理，包括打磨、脫脂和去離子水洗滌；2)微弧氧化，包括將工件放入預(yù)先配置好的所述電解液中，工件連接微弧氧化電源正極，電源負(fù)極連接工作電極，工作電極與電解液接觸，開(kāi)啟電源進(jìn)行微弧氧化處理；3)后處理，包括直接用去離子水洗滌，風(fēng)干即獲得微弧氧化的工件。優(yōu)選的，步驟1)中，脫脂采用有機(jī)溶劑超聲溶解，有機(jī)溶劑包括乙醇和/或丙酮，超聲時(shí)間為10-30min。本申請(qǐng)的另一面公開(kāi)了本申請(qǐng)的電解液在鋁合金微弧氧化中的應(yīng)用。需要說(shuō)明的是，本申請(qǐng)的電解液或者微弧氧化方法主要是針對(duì)鋁合金表面處理而提出的，可以理解，本申請(qǐng)的電解液或微弧氧化方法并不只限用于鋁合金，其它需要改善膜層致密度，提高耐腐蝕性能的合金或金屬材料，同樣可以采用本申請(qǐng)的電解液或微弧氧化方法。本申請(qǐng)的另一面公開(kāi)了一種鋁或鋁合金材料，該鋁或鋁合金材料的表面具有采用本申請(qǐng)的微弧氧化方法制備的膜層，膜層以Al2O3為主體，膜層中含有P和Fe元素。優(yōu)選的，膜層的厚度為5-100μm。需要說(shuō)明的是，本申請(qǐng)的微弧氧化形成的膜層，與一般的微弧氧化不同的是，在其膜層中含有P和Fe元素，這表示本申請(qǐng)的膜層不僅僅是由微弧氧化形成，還發(fā)生了磷化處理，即化學(xué)轉(zhuǎn)換成膜，這使得膜層致密度更強(qiáng)，進(jìn)而提高了鋁或鋁合金的耐腐蝕性能。本申請(qǐng)的有益效果在于：本申請(qǐng)的用于微弧氧化的電解液，將磷酸鹽、含鐵化合物和絡(luò)合劑溶解于水中，既滿足了微弧氧化電解液的使用需求，又將磷化處理的磷酸鹽引入其中，將磷化處理和微弧氧化相結(jié)合；使得采用本申請(qǐng)的電解液進(jìn)行微弧氧化獲得的膜層具有更好的致密度，進(jìn)而提高了被處理工件的耐腐蝕性能。附圖說(shuō)明圖1是本申請(qǐng)實(shí)施例1中采用對(duì)照電解液進(jìn)行微弧氧化方法處理的鋁合金的電鏡掃描圖；圖2是本申請(qǐng)實(shí)施例1中采用本申請(qǐng)電解液進(jìn)行微弧氧化方法處理的鋁合金的電鏡掃描圖；圖3是本申請(qǐng)實(shí)施例1中鹽霧腐蝕后的3D共聚焦圖片。具體實(shí)施方式本申請(qǐng)用于微弧氧化的電解液，將磷化處理和微弧氧化相結(jié)合，一方面，與磷化處理相比，既可以形成致密的、難溶的金屬磷酸鹽，又能夠保障膜層的厚度，可以獲得30微米厚的膜層；另一方面，雖然采用本申請(qǐng)的電解液進(jìn)行微弧氧化獲得的膜層厚度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單獨(dú)磷化處理的膜層厚度，但是，與單獨(dú)微弧氧化，通過(guò)調(diào)節(jié)其電解液組分和電參數(shù)，提高致密層的厚度相比，采用本申請(qǐng)的電解液或者微弧氧化方法，不會(huì)使膜層表面粗糙。也就是說(shuō)，采用本申請(qǐng)的電解液或者微弧氧化方法，并不會(huì)使得疏松層過(guò)厚，也不會(huì)因疏松層的原因影響膜層的粗糙度。下面通過(guò)具體實(shí)施例和附圖對(duì)本申請(qǐng)作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例僅對(duì)本申請(qǐng)進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，不應(yīng)理解為對(duì)本申請(qǐng)的限制。實(shí)施例一本例以LY12鋁合金材料為例進(jìn)行微弧氧化，鋁合金的尺寸為25×50×2mm3。本例的電解液中，磷酸鹽采用六偏磷酸鈉，含鐵化合物采用草酸高鐵銨，絡(luò)合劑采用乙二胺四乙酸二鈉(即Na2EDTA)，電解液制備方法如下：稱取六偏磷酸鈉、草酸高鐵銨和Na2EDTA，將其加入蒸餾水中，攪拌使其溶解。使得六偏磷酸鈉終濃度為15g/L，草酸高鐵銨終濃度為5g/L，Na2EDTA終濃度為5g/L。即獲得本例的電解液。本例的微弧氧化方法包括：1)前處理：對(duì)鋁合金進(jìn)行打磨處理，用砂紙除去合金表面及邊角毛刺，去除表面異物，本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種用于微弧氧化的電解液，其特征在于：包括終濃度為5?50g/L的磷酸鹽、1?15g/L的含鐵化合物和1?10g/L的絡(luò)合劑，溶劑為蒸餾水；所述含鐵化合物為二價(jià)鐵化合物和/或三價(jià)鐵化合物。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于微弧氧化的電解液，其特征在于：包括終濃度為5-50g/L的磷酸鹽、1-15g/L的含鐵化合物和1-10g/L的絡(luò)合劑，溶劑為蒸餾水；所述含鐵化合物為二價(jià)鐵化合物和/或三價(jià)鐵化合物。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，其特征在于：所述磷酸鹽選自六偏磷酸鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、多聚磷酸鈉、磷酸三鈉和焦磷酸鈉中的至少一種；優(yōu)選的，磷酸鹽為六偏磷酸鈉。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，其特征在于：所述含鐵化合物選自草酸高鐵銨、草酸鐵、檸檬酸鐵銨、檸檬酸鐵、硝酸鐵、硫酸鐵、硫酸亞鐵、氯化鐵、氯化亞鐵、普魯士藍(lán)、硫化亞鐵、二硫化鐵中的至少一種；優(yōu)選的，含鐵化合物為草酸高鐵銨。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的電解液，其特征在于：所述絡(luò)合劑選自乙二胺四乙酸二鈉、三乙醇胺、酒石酸鈉、檸檬酸、草酸中的至少一種；優(yōu)選的，絡(luò)合劑為乙二胺四乙酸二鈉。5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的電解液，其特征在于：所述電解液的pH值為4-7，電解液的離子電導(dǎo)率為5-50mScm-1。6.一種包括采用權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的電解液的微弧氧化方法。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微弧...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：吳忠振，季順平，翁宇昌，馬正永，林海，潘鋒，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：北京大學(xué)深圳研究生院，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：廣東,44