一種硅烷偶聯(lián)劑抑弧的微弧氧化電解質溶液及微弧氧化膜制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬表面處理，具體為一種含硅烷偶聯(lián)劑抑弧的微弧氧化電解質溶液及鎂合金及其制品表面微弧氧化膜層的制備方法，屬于金屬表面處理技術領域。
[0002]
【背景技術】
[0003]鎂合金作為新一代輕質高強度金屬結構材料，在汽車、電子通訊、航空航天、國防軍工等領域具有廣闊的應用前景。然而，鎂的化學性質活潑，自然形成的氧化膜致密性差，在酸性或中性的環(huán)境中無法對鎂合金制品起到良好的腐蝕防護作用，從而嚴重地限制了鎂合金的廣泛應用。
[0004]微弧氧化(MAO)技術，因其涂層結構的可設計性及性能優(yōu)勢，已成為鎂合金表面腐蝕防護的重要手段之一。它是將普通陽極氧化的法拉第區(qū)域引入到高壓放電區(qū)域，在鎂合金表面產生微弧放電，通過局部高溫、高壓等環(huán)境因素作用制備硬質陶瓷膜，從而達到工件表面強化的目的。因此，在鎂合金微弧氧化過程中伴隨著強烈的火花或微電弧放電，工件表面局部尖端放電，導致膜層表面粗糙多孔，且微孔分布不均勻，孔徑尺寸相差較大。同時，這種處理過程釋放大量的熱，局部溫度過高，容易產生工件燒蝕，在生產中需要大型的冷卻設備，提高了生產成本，也給工件的表面處理帶來安全隱患。因此，在一些電解質溶液中需要引入丙三醇、三乙醇胺、烏洛托品、Η)ΤΑ、酒石酸鈉等物質抑弧，減少工件尖端放電，以利于微弧氧化過程平穩(wěn)進行。
[0005]如:中國專利(曠亞非，羅勝聯(lián)，周海暉，戴磊。鎂合金在抑弧狀態(tài)下的陽極氧化電解液及陽極氧化方法，申請?zhí)?200510032436.X)，提到一種含有機胺的電解質溶液，并通過有機胺與其它組分有機組合，抑制鎂合金材料在陽極氧化過程中產生火花放電或微電弧，制備微弧氧化膜。有機胺在微弧氧化過程中，僅起到了抑弧的作用。
[0006]文獻(烏迪，劉向東，呂凱，張雅萍，王曉軍。丙三醇對鎂合金微弧氧化過程及膜層的影響，材料保護，2009，42 (2):1-3)提到，在硅酸鹽電解質溶液中引入丙三醇，能夠有效抑制尖端放電現(xiàn)象，制備微弧氧化膜。丙三醇在微弧氧化過程中，僅起到了抑弧的作用。
[0007]中國專利(胡會利，李寧，曹立新，于元春，高寧寧，屠振密。一種鎂合金微弧氧化復合添加劑，申請?zhí)?200910229936.0)提供了一種由稀土化合物、穩(wěn)定劑和硅烷偶聯(lián)劑組成的復合添加劑，將其與硅酸鹽或鋁酸鹽配合使用，制備了高耐蝕的微弧氧化膜。其中，硅烷偶聯(lián)劑優(yōu)選能增強膜層性能和電解液穩(wěn)定的環(huán)氧官能團偶聯(lián)劑，但這類硅烷偶聯(lián)劑水解后，不能在水溶液，尤其是堿性環(huán)境下長期穩(wěn)定存在。而且該復合添加劑中引入了稀土鹽，增加了微弧氧化處理的成本。
[0008]此外，以微弧氧化膜層為過渡層，制備高性能復合涂層已成為當前的研究熱點之一。為了滿足復合工藝的要求，對過渡層的表面微結構及其綜合性能提出了多樣化的要求，如表面均勻微孔、粗糙表面以及疏水等。因此，有必要通過調整電解質溶液組成，制備多樣化、差異結構及功能化的微弧氧化膜，滿足復雜工藝及苛刻環(huán)境下的使用要求。
[0009]

【發(fā)明內容】

[0010]針對現(xiàn)有鎂合金微弧氧化技術存在的上述不足，本發(fā)明旨在提供一種低能耗，抑制尖端放電，快速成膜，且構造均勻表面微結構的微弧氧化電解質溶液。
[0011]本發(fā)明的另一目的旨在制備耐蝕、耐磨，且具有特殊功能(如疏水)性能的微弧氧化膜以及與配套涂層具有優(yōu)異相容性能的微弧氧化過渡層。
[0012]本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的:
一種硅烷偶聯(lián)劑抑弧的微弧氧化電解質溶液，包括基礎溶液，在基礎溶液中添加有硅烷偶聯(lián)劑；其中基礎溶液由無機鹽、氟化物和氫氧化物中的一種、任意兩種或三種構成，基礎溶液為喊性；所述娃燒偶聯(lián)劑水解后呈中性或喊性，娃燒偶聯(lián)劑濃度為0.1-50 ml/L，其通式為R4xSi (ORr )x，其中X為數(shù)字1、2或3，R優(yōu)選氨基，R'優(yōu)選甲基或乙基。
[0013]其中，所述無機鹽為硅酸鹽、磷酸鹽、偏鋁酸鹽中的一種或兩種或三種的混合物；所述氟化物為NaF或KF中的一種或兩種的混合物；所述氫氧化物為NaOH、KOH中的一種或兩種的混合物。
[0014]優(yōu)選地，所述無機鹽為娃酸鈉，娃酸鈉濃度為5-20 g/L ;所述氫氧化物為KOH，KOH濃度為5-20 g/L ;所述氟化物為NaF，NaF濃度為1_3 g/L ;所述硅烷偶聯(lián)劑為氨基硅烷，0.1-50 ml/L。
[0015]鎂合金表面微弧氧化膜層制備方法，步驟如下，
1)鎂合金基體預處理:鎂合金基體經堿洗或其它除油工藝處理以去除表面油跡；
2)配置電解質溶液:電解質溶液由權利要求1所述的基礎溶液和硅烷偶聯(lián)劑組成，將硅烷偶聯(lián)劑按量引入基礎溶液中，靜置一段時間直至水解完畢，得電解質溶液；
3)微弧氧化處理:將經步驟I)處理的鎂合金基體作為陽極或陰極，不銹鋼作為對電極，置于步驟2)配置好的電解質溶液中，通過電源的恒壓或恒流或恒功率控制，進行微弧氧化處理，所述電源為交流電源或直流電源；其中溶液溫度低于50 °C，氧化時間3-20 min；
4)待氧化完成后取出鎂合金基體，并進行沖洗、烘干處理，鎂合金表面即得到微弧氧化膜層。
[0016]所述的鎂合金基體是鑄造成型或者塑性成型的鎂基合金構件。
[0017]所述電源為恒壓控制，其電壓范圍為230 V-450 V。
[0018]所述電源為恒流控制，其電流密度范圍為5-30 mA/cm20
[0019]本發(fā)明的積極效果體現(xiàn)在:將硅烷偶聯(lián)劑引入鎂合金微弧氧化處理的電解質溶液中，并利用硅烷偶聯(lián)劑水解的硅烷醇在金屬表面的吸附作用，抑制鎂合金工件微弧氧化過程的尖端放電，制備表面結構可控的微弧氧化膜，如微孔分布均勻的微弧氧化膜。同時，由于長碳鏈有機硅烷醇的吸附，有利于強化微弧氧化膜與后續(xù)涂料涂層或其它涂層的附著性能。此外，這種長碳鏈結構具有疏水功能，微弧氧化結束后，水解的硅烷醇吸附在微弧氧化月吳的表面，賦予微弧氧化I吳疏水性能，進一步提尚微弧氧化I吳的耐蝕性能。
[0020]本發(fā)明所形成的微弧氧化膜中硅元素含量較高，賦予微弧氧化膜較高的硬度和耐磨性能；并且可通過調整電解質溶液組成，調控微弧氧化膜的表面微結構，提供性能優(yōu)異的過渡層。具體可通過以下途徑調控:
①利用氨基硅烷代替無機鹽，引入氟化物，并通過氫氧化物調節(jié)電解質溶液為堿性，優(yōu)選PH值大于10，在適當?shù)碾娫措妳?shù)控制下制備微弧氧化膜。
[0021 ] ②在基礎電解質溶液中，如有無機鹽、氟化物、氫氧化物共同存在的基礎溶液，通過引入不同含量的硅烷偶聯(lián)劑，并調節(jié)電解質溶液為堿性，優(yōu)選PH值大于10，在適當?shù)碾娫措妳?shù)控制下制備微弧氧化膜。
[0022]③此外，還可以通過控制電源電參數(shù)，在固定組成的含有硅烷偶聯(lián)劑的電解質溶液中制備微弧氧化膜。
[0023]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明在傳統(tǒng)的電解質溶液中，引入了可水解的硅烷偶聯(lián)劑，制備的微弧氧化膜結構可控，具有較好的耐腐蝕、耐磨性能；且可根據(jù)表面復合涂層的要求制備表面，為復合涂層提供優(yōu)異的過渡性能；同時，還可以賦予微弧氧化膜疏水功能等特性。
[0024]本發(fā)明成膜速度快，涂層表面光潔、致密性好，并具有良好的耐蝕、耐磨、抗污等性能。同時，本方法還可用于鋁、鈦等輕合金表面的微弧氧化處理。
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【附圖說明】
[0026]圖1-實施例1制備得到的鎂合金表面形貌圖。
[0027]圖2-實施例2制備得到的鎂合金表面形貌圖。
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