一种微弧氧化电解液、微弧氧化方法及压铸铝合金制件与流程

【技术领域】

本发明涉及微弧氧化技术领域，尤其涉及一种微弧氧化电解液、微弧氧化方法及压铸铝合金制件。

背景技术：

微弧氧化(micro-arcoxidation,mao)又称阳极火花沉积(anodicsparkdeposition,asd)或等离子体电解氧化(plasmaelectrolyticoxidation,peo)，该技术是由传统的阳极氧化技术基础上发展起来的，是一种直接在a1、mg、ti等阀金属表面原位生成陶瓷氧化膜的表面处理技术。微弧氧化的基本原理为：以a1、mg、ti等阀金属样品作为阳极，以不锈钢或石墨作为阴极，将阳极和阴极共同置于一定成分的电解液中。刚开始接通电源时，发生阳极氧化，阳极表面产生大量气泡，同时生成一层很薄的绝缘氧化膜；施加的电压达到临界击穿电压时，进入火花放电阶段，氧化膜上某些薄弱的部位首先被击穿，阳极表面开始出现无数细小的、亮度较低的火花；随着电压的进一步升高，进入微弧阶段，阳极表面的火花逐渐变大变亮，并伴随有爆鸣声，阳极表面在高温和氧等离子体的环境中不断被击穿、氧化熔融和冷却凝固；随着微弧氧化时间的不断延长，膜层逐渐增厚，导致电阻增大，其表面的火花数量不断减少，最终消失。微弧氧化处理后在基体表面形成的氧化膜使基体的硬度、耐蚀性及耐磨性有很大程度的提高，是一种有效的表面改性手段。

其中，微弧氧化膜的形成和组织性能受很多因素的影响，主要有电解液参数、电参数等。目前比较常用的电解液都是弱酸性的，按电解液体系的不同可分为聚磷酸盐体系、硅酸盐体系、铝酸盐体系及复合电解液几大体系，制备出性能优异的氧化膜。但是，现有技术中的电解液制备的微弧氧化膜表面粗糙，孔洞较多，耐蚀性较差。

目前，铝合金微弧氧化陶瓷层主要集中于白色或灰色陶瓷层的研究，而黑色陶瓷层的研究相对较少。压铸铝合金因硅含量与铜含量较高，在微弧氧化过程中易形成一定量的二氧化硅相和氧化亚铜相，从而致使陶瓷膜存在颗粒粗大、孔洞直径变大、膜层松散、耐腐蚀性较差、颜色不均匀等问题。

因此，有必要开发一种适用于压铸铝合金的微弧氧化电解液及微弧氧化方法，以解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的一个目的在于提供一种微弧氧化电解液及微弧氧化方法，能够制备结构致密、孔径小、耐蚀性好及黑度均匀的膜层。

本发明的另一个目的在于提供一种压铸铝合金制件，其表面膜层结构致密、微孔尺寸小、耐蚀性好、黑度均匀。

为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种微弧氧化电解液，包括水溶性磷酸盐、碱金属氢氧化物、柠檬酸盐，染色剂、六次甲基四胺和水；其中，所述微弧氧化电解液中，所述水溶性磷酸盐的浓度为5g/l～30g/l；所述碱金属氢氧化物的浓度为1g/l～10g/l；所述柠檬酸盐的浓度为5g/l～30g/l；所述着色剂的浓度为5g/l～10g/l；所述六次甲基四胺的浓度为1g/l～20g/l。

作为本发明的优选，所述微弧氧化电解液中，所述水溶性磷酸盐的浓度为5g/l、6g/l、8g/l、10g/l、12g/l、14g/l、16g/l、18g/l、20g/l、22g/l、24g/l、26g/l、28g/l或30g/l。

作为本发明的优选，所述水溶性磷酸盐包括六偏磷酸钠。

作为本发明的优选，所述微弧氧化电解液中，所述碱金属氢氧化物的浓度为1g/l、2g/l、3g/l、4g/l、5g/l、6g/l、7g/l、8g/l、9g/l或10g/l。

作为本发明的优选，所述微弧氧化电解液中，所述柠檬酸盐的浓度为5g/l、6g/l、8g/l、10g/l、12g/l、14g/l、16g/l、18g/l、20g/l、22g/l、24g/l、26g/l、28g/l或30g/l。

作为本发明的优选，所述柠檬酸盐包括柠檬酸钠和/或柠檬酸钾。

作为本发明的优选，所述着色剂的浓度为5g/l、6g/l、7g/l、8g/l、9g/l或10g/l。

作为本发明的优选，所述着色剂包括偏钒酸铵及钨酸钠，且所述偏钒酸铵与所述钨酸钠的比例为2～4：1。

作为本发明的优选，所述偏钒酸铵与所述钨酸钠的比例为2：1、2.5：1、3：1、3.5：1或4：1。

作为本发明的优选，所述六次甲基四胺的浓度为1g/l、2g/l、4g/l、6g/l、8g/l、10g/l、12g/l、14g/l、16g/l、18g/l或20g/l。

一种微弧氧化方法，使用上述的微弧氧化电解液，以压铸铝合金制件为阳极，以不锈钢或石墨为阴极进行微弧氧化。

作为本发明的优选，微弧氧化时所用电源为脉冲电源；所述脉冲电源的参数设置为：电压为400v～500v，脉冲频率为500hz～1000hz，占空比为10％～20％，电流密度为10a/dm²～20a/dm²。

作为本发明的优选，微弧氧化时，电压设置为400v、410v、420v、430v、440v、450v、460v、470v、480v、490v或500v；脉冲频率设置为500hz、550hz、600hz、650hz、700hz、750hz、800hz、850hz、900hz、950hz或1000hz；占空比设置为10％、12％、14％、15％、16％、18％或20％；电流密度设置为10a/dm²、12a/dm²、14a/dm²、16a/dm²、18a/dm²或20a/dm²。

作为本发明的优选，微弧氧化时间为10min～50min。

作为本发明的优选，微弧氧化时间为10min、15min、20min、25min、30min、35min、40min、45min或50min。

一种压铸铝合金制件，所述压铸铝合金制件的表面具有采用上述的微弧氧化方法制备的膜层。

本发明的有益效果是：本发明的微弧氧化电解液以水溶性磷酸盐作为电解液的主要组成部分，使溶液导电；通过添加碱金属氢氧化物提供弱碱性环境，以柠檬酸盐作为添加剂参与成膜，提高膜层的致密性，改善膜层的孔径；通过着色剂使膜层的黑度均匀；通过添加六次甲基四胺使膜层的表面更均匀光滑、结构更致密，大大提高膜层的耐蚀性。

【附图说明】

图1是本发明的实施例2中获得的膜层示意图。

【具体实施方式】

本发明提供了一种微弧氧化电解液，包括水溶性磷酸盐、碱金属氢氧化物、柠檬酸盐，染色剂、六次甲基四胺和水；其中，该微弧氧化电解液中，水溶性磷酸盐的浓度为5g/l～30g/l；碱金属氢氧化物的浓度为1g/l～10g/l；柠檬酸盐的浓度为5g/l～30g/l；着色剂的浓度为5g/l～10g/l；六次甲基四胺的浓度为1g/l～20g/l。

具体的，该微弧氧化电解液中，水溶性磷酸盐作为主要组成部分，用于使溶液导电。其中，该水溶性磷酸盐优选为六偏磷酸钠。

该微弧氧化电解液中，添加碱金属氢氧化物的目的在于提供一个弱碱性环境。其中，该碱金属氢氧化物为氢氧化钠和/或氢氧化钾。

该微弧氧化电解液中，以柠檬酸盐作为添加剂，使其在微弧氧化的过程中参与成膜，以提高膜层的致密性，改善膜层内孔径，使膜层内微孔内径比较小。其中，柠檬酸盐包括柠檬酸钠和/或柠檬酸钾。

该微弧氧化电解液中，采用偏钒酸铵及钨酸钠作为着色剂。微弧氧化过程中，通过偏钒酸铵与钨酸钠共同作用，在压铸铝合金制件表面形成黑度均匀的黑色膜层。

本发明还提供了一种微弧氧化方法，使用上述的微弧氧化电解液，以压铸铝合金制件为阳极，以不锈钢或石墨为阴极进行微弧氧化。

其中，微弧氧化时所用电源为脉冲电源；脉冲电源的参数设置为：电压为400v～500v，脉冲频率为500hz～1000hz，占空比为10％～20％，电流密度为10a/dm²～20a/dm²。微弧氧化时间为10min～50min。

为了提高膜层与压铸铝合金制件表面之间的结合力，可在将压铸铝合金制件放入微弧氧化电解液之前，对压铸铝合金制件的表面进行清洁处理。其中，优选采用的清洁处理方式为：先进行脱脂除油处理，再进行超声波清洗，然后进行风干或烘干。

微弧氧化结束后，从微弧氧化电解液中取出压铸铝合金制件，用清水清洗压铸铝合金制件，以清除压铸铝合金制件表面残留的微弧氧化电解液。清洗结束后，对压铸铝合金制件进行风干或烘干处理。

下面结合具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。

实施例1

配制微弧氧化电解液，其中，水溶性磷酸盐的浓度为10g/l；碱金属氢氧化物的浓度为15g/l；柠檬酸盐的浓度为5g/l；着色剂的浓度为5g/l，偏钒酸铵与钨酸钠的比例为3：1；六次甲基四胺的浓度为5g/l。

对压铸铝合金制件进行表面清洁处理后，放入微弧氧化电解液中作为阳极，以不锈钢或石墨为阴极进行微弧氧化；微弧氧化参数设置为：电压为500v，脉冲频率为900hz，占空比为10％，电流密度为20a/dm²。微弧氧化时间为40min。

微弧氧化结束后，取出压铸铝合金制件，清洗、烘干。

实施例2

配制微弧氧化电解液，其中，水溶性磷酸盐的浓度为16g/l；碱金属氢氧化物的浓度为6g/l；柠檬酸盐的浓度为16g/l；着色剂的浓度为6g/l，偏钒酸铵与钨酸钠的比例为3：1；六次甲基四胺的浓度为10g/l。

对压铸铝合金制件进行表面清洁处理后，放入微弧氧化电解液中作为阳极，以不锈钢或石墨为阴极进行微弧氧化；微弧氧化参数设置为：电压为450v，脉冲频率为800hz，占空比为16％，电流密度为12a/dm²²。微弧氧化时间为30min。

微弧氧化结束后，取出压铸铝合金制件，清洗、烘干。

实施例3

配制微弧氧化电解液，其中，水溶性磷酸盐的浓度为30g/l；碱金属氢氧化物的浓度为10g/l；柠檬酸盐的浓度为26g/l；着色剂的浓度为9g/l，偏钒酸铵与钨酸钠的比例为3：1；六次甲基四胺的浓度为20g/l。

对压铸铝合金制件进行表面清洁处理后，放入微弧氧化电解液中作为阳极，以不锈钢或石墨为阴极进行微弧氧化；微弧氧化参数设置为：电压为450v，脉冲频率为650hz，占空比为15％，电流密度为12a/dm²。微弧氧化时间为15min。

微弧氧化结束后，取出压铸铝合金制件，清洗、烘干。

分别对上述三个实施例中获得的压铸铝合金制件膜层进行金相组织观察及进行500h的盐雾试验测试。从金相组织观察结果来看，三个试样均获得了结构致密、微孔内径较小、黑度均匀的膜层。从盐雾试验测试结果来看，耐蚀性均有不同程度提高。其中，实施例2中试样的膜层表面平整度、结构致密性、膜层黑度均匀性及耐蚀性等方面为最优，如图1所示。从获得的膜层的微观组织图中测量膜层微孔尺寸可知，微孔直径仅为2μm～5μm。

本发明还提供了一种压铸铝合金制件，该压铸铝合金制件的表面具有采用上述的微弧氧化方法制备的膜层。该膜层结构致密、微孔尺寸小、耐蚀性好、黑度均匀。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理，这些描述只是为了解释本发明原理，不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处解释，本领域技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。