一种利用弱酸性染料为镁材微弧氧化膜层着色的方法与流程

本发明涉及镁材(该镁材是指镁或镁合金，例如：az31、az61b等典型镁合金)表面着色技术领域，尤其涉及一种利用弱酸性染料为镁材微弧氧化膜层着色的方法。

背景技术：

镁材是用量仅次于钢铁的一类重要金属材料，在航空航天、交通运输、印刷、建筑等领域被广泛应用。但是镁材颜色单一、耐蚀性差，很难满足各种行业对镁材装饰性和耐蚀性的要求。为了提高镁材的装饰效果、增强抗腐蚀性、延长使用寿命，镁材一般都要进行表面处理。

近些年来，成熟的镁材表面着色工艺主要有阳极氧化膜染料着色法、阳极氧化膜电解着色法、阳极氧化直接着色法等，但这些着色工艺都会带来环境污染问题，因此一种新型表面处理技术——微弧氧化技术便应运而生。微弧氧化技术突破了传统阳极氧化技术对工作电压的限制，将工作区域引入到高压放电区，利用微弧区瞬间高温烧结作用直接在镁或镁合金的表面原位生长陶瓷层，从而提高了镁材的表面性能，是一种很有前途的金属表面处理技术。

目前，采用微弧氧化技术对镁材进行表面处理，只能在镁材表面形成白色、黑色等颜色暗淡的微弧氧化膜层，很难形成颜色鲜艳光丽的微弧氧化膜层。在现有技术中，可通过在酸性电解液中添加cu²⁺、co⁺等金属阳离子在镁材表面形成蓝色微弧氧化膜层，但酸性电解液会对使用不锈钢作为反应槽的微弧氧化设备造成较大腐蚀，而且会对环境产生一定的污染；专利cn103556205a中公开了一种镁合金微弧氧化复合膜着色的方法，该方法是将含有cu²⁺的sio2-zro2胶体固化于镁合金表面微弧氧化膜上，其操作复杂，对温度和固化时间控制要求较高，不易于对镁合金表面微弧氧化膜层进行低成本、大批量的着色处理。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述不足之处，本发明提供了一种利用弱酸性染料为镁材微弧氧化膜层着色的方法，不仅能够使镁材微弧氧化膜层呈现各种鲜艳光丽的颜色，保持镁材微弧氧化膜层自身具有较高结合力和耐磨性，提高镁材微弧氧化膜层的耐腐蚀性，而且生产工艺简单、容易实现量产、不会对人体和设备造成腐蚀，不会造成环境污染。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种利用弱酸性染料为镁材微弧氧化膜层着色的方法，包括：利用微弧氧化技术对镁材进行表面处理使镁材表面原位生长微弧氧化膜层，还包括：采用染色溶液对所述镁材表面原位生长微弧氧化膜层进行浸泡着色；其中，所述染色溶液由弱酸性染料、均染剂、ph值调节剂和去离子水混合而成，并且所述染色溶液中弱酸性染料的含量为1～10g/l，均染剂为元明粉和十二烷基苯磺酸钠、每种均染剂的含量均为1～5g/l，ph值调节剂的用量使所述染色溶液的ph值在20℃下调节至4.5～5.0之间。

优选地，所述浸泡着色的浸泡时间为1～12小时，并且浸泡时间越长颜色越深。

优选地，在着色设备上采用染色溶液对所述镁材表面原位生长微弧氧化膜层进行浸泡着色，并且在所述浸泡着色过程中，所述着色设备的搅拌装置搅拌转速为500～1000r/min，所述着色设备的恒温装置温度为20～40℃，所述着色设备的超声发生装置功率为100～200w。

优选地，所述镁材表面原位生长微弧氧化膜层，其表面微孔尺寸为0.5～5.0μm，其膜层厚度大于5μm。

优选地，所述的弱酸性染料为单偶氮类染料。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明提供的利用弱酸性染料为镁材微弧氧化膜层着色的方法采用染色溶液对镁材表面原位生长的多空隙微弧氧化膜层进行浸泡着色，并且该染色溶液采用不含重金属离子的弱酸性染料为原料，以元明粉和十二烷基苯磺酸钠为均染剂，ph值在4.5～5.0之间，因此本发明提供的利用弱酸性染料为镁材微弧氧化膜层着色的方法不仅能够使镁材微弧氧化膜层呈现各种鲜艳光丽的颜色，保持镁材微弧氧化膜层自身具有较高结合力和耐磨性，提高镁材微弧氧化膜层的耐腐蚀性，而且生产工艺简单、容易实现量产、不会对人体和设备造成腐蚀，不会造成环境污染。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为采用ssx-550扫描电子显微镜对本发明实施例1中az31镁合金圆片表面原位生长的微弧氧化膜层进行观察，从而得到的扫描电子显微镜照片。

图2为采用ssx-550扫描电子显微镜对本发明实施例1中浸泡着色后的微弧氧化膜层进行观察，从而得到的扫描电子显微镜照片。

图3为本发明实施例1中浸泡着色后的桃红色微弧氧化膜层的宏观照片示意图。

图4为本发明实施例1中浸泡着色后的嫩黄色微弧氧化膜层的宏观照片示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

下面对本发明中的利用弱酸性染料为镁材微弧氧化膜层着色的方法进行详细描述。

一种利用弱酸性染料为镁材微弧氧化膜层着色的方法，包括：利用微弧氧化技术对镁材进行表面处理使镁材表面原位生长微弧氧化膜层，并采用染色溶液对所述镁材表面原位生长微弧氧化膜层进行浸泡着色。

其中，所述染色溶液由弱酸性染料、均染剂、ph值调节剂和去离子水混合而成，并且所述染色溶液中弱酸性染料的含量为1～10g/l，均染剂为元明粉和十二烷基苯磺酸钠、每种均染剂的含量均为1～5g/l，ph值调节剂的用量使所述染色溶液的ph值在20℃下调节至4.5～5.0之间。

具体地，该利用弱酸性染料为镁材微弧氧化膜层着色的方法可包括以下实施方案：

(1)采用染色溶液对所述镁材表面原位生长微弧氧化膜层进行浸泡着色，浸泡着色的浸泡时间为1～12小时，并且可以根据所需染色的深浅自由调节浸泡时间，浸泡时间越长染色越深，从而可以使镁材微弧氧化膜层呈现各种鲜艳光丽的颜色。

(2)采用染色溶液对所述镁材表面原位生长微弧氧化膜层进行浸泡着色最好在着色设备上进行；着色设备可以采用现有技术中具有搅拌装置、恒温装置和超声发生装置的着色设备，并且在所述的浸泡着色过程中，所述着色设备的搅拌装置搅拌转速为500～1000r/min，所述着色设备的恒温装置温度为20～40℃，所述着色设备的超声发生装置功率可以在100～200w调节。

(3)镁材表面原位生长的微弧氧化膜层具有较高的孔隙率，其表面微孔尺寸为0.5～5.0μm，其膜层厚度大于5μm，从而可以使微弧氧化膜层自身具有较高结合力和耐磨性，提高镁材微弧氧化膜层的耐腐蚀性，染色更加牢固，不易脱落。

(4)所述的弱酸性染料采用不含重金属离子的弱酸性染料，例如：弱酸性染料主要可以采用单偶氮类染料，少数可以采用双偶氮类染料，并且染料颜色可采用bg-桃红、se-4el嫩黄、rawv-蓝三种颜色，因为这些弱酸性染料不含对环境污染较大的重金属离子，不会对人体和设备造成腐蚀，不会造成环境污染。

(5)所述的均染剂可以采用现有技术中的任何亲水性分散助剂，由于十二烷基苯磺酸钠是阴离子型表面活性剂，对弱酸性染料分散效果较好，但其具有微毒性；元明粉在酸性溶液中也能够起到分散助剂的作用，而且无毒性，因此本发明利用元明粉替代部分十二烷基苯磺酸钠的使用，也就是说，本发明中最好采用元明粉和十二烷基苯磺酸钠的混合液，并且所述染色溶液中元明粉和十二烷基苯磺酸钠的含量最好均为1～5g/l。

(6)所述的ph值调节剂可以采用现有技术中任何ph值调节剂，由于所述染色溶液的ph值在4.5～5.0之间，若所述染色中含有醋酸或草酸，则会对微弧氧化膜层产生较大腐蚀，因此本发明中的ph值调节剂最好采用磷酸二氢钠和碳酸氢钠，以减轻对微弧氧化膜层的腐蚀，且不会对人体和设备造成腐蚀，也不会造成环境污染，能够满足各行业对镁材微弧氧化膜层染色的要求。

(7)所述的镁材是指镁或镁合金，例如：镁合金可以采用现有技术中的镁锂合金、az31、az61b等典型镁合金。

综上可见，本发明不仅能够使镁材微弧氧化膜层呈现各种鲜艳光丽的颜色，保持镁材微弧氧化膜层自身具有较高结合力和耐磨性，提高镁材微弧氧化膜层的耐腐蚀性，而且生产工艺简单、容易实现量产、不会对人体和设备造成腐蚀，不会造成环境污染。

为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本发明提供的利用弱酸性染料为镁材微弧氧化膜层着色的方法进行详细描述。

实施例1

一种利用弱酸性染料为镁材微弧氧化膜层着色的方法，采用半径为15mm、厚度为3mm的az31镁合金圆片作为待处理的镁材基体，其具体工序包括：

(1)预处理工序：依次采用400#、600#、800#、1000#、1200#、1500#的砂纸对所述az31镁合金圆片的表面进行由粗到细的打磨，再依次进行抛光、超声清洗(可采用无水乙醇或丙酮进行超声清洗)、干燥，从而得到预处理后的az31镁合金圆片。

(2)微弧氧化工序：利用微弧氧化技术对预处理后的az31镁合金圆片进行表面处理使az31镁合金圆片的表面原位生长出呈现白色的微弧氧化膜层。

具体地，将微弧氧化电解液倒入现有技术中的微弧氧化设备的反应槽中，并将预处理后的az31镁合金圆片浸入该反应槽内的微弧氧化电解液中，然后以预处理后的az31镁合金圆片作为阳极，以该反应槽作为阴极，采用直流脉冲电源，在工作电压为250～400v、电源占空比为30～60％的条件下进行微弧氧化处理，微弧氧化电解液温度为20～35℃，微弧氧化的处理时间为5～60min；微弧氧化处理结束后，将az31镁合金圆片用去离子水冲洗干净，再用吹风机吹干，从而得到表面原位生长出呈现白色微弧氧化膜层的az31镁合金圆片。在实际应用中，微弧氧化电解液可以采用以下方法制成：取一容量为10l的洁净烧杯，并在该烧杯中加入1l水，然后依次加入5～20g/l成膜剂、5～10g/l辅助成膜剂、1～5g/l表面活性剂，再加入ph值调节剂，使该微弧氧化电解液得ph值在20℃时达到10.0～11.0即可。

(3)浸泡着色工序：采用桃红色或嫩黄色的染色溶液对az31镁合金圆片表面原位生长的微弧氧化膜层进行浸泡着色，从而得到微弧氧化膜层表面呈桃红色或嫩黄色的az31镁合金圆片。

具体地，将桃红色或嫩黄色的染色溶液倒入着色设备之中，再将表面原位生长有微弧氧化膜层的az31镁合金圆片浸泡于该染色溶液中，加热该染色溶液使其温度升至20～40℃，磁力搅拌转速500～1000r/min，超声发生装置功率为100～200w，着色时间为2～12h；着色结束后，用去离子水将az31镁合金圆片的微弧氧化膜层表面染色溶液冲洗干净，再用吹风机吹干，即可得到微弧氧化膜层表面呈桃红色或嫩黄色的az31镁合金圆片。在实际应用中，桃红色(或嫩黄色)的染色溶液由颜色为bg-桃红(或se-4el嫩黄)的弱酸性染料、元明粉、十二烷基苯磺酸钠、ph值调节剂和去离子水混合而成，并且该染色溶液中弱酸性染料的含量为1～10g/l、元明粉和十二烷基苯磺酸钠的含量均为1～5g/l、ph值调节剂的用量使所述染色溶液的ph值在20℃下调节至4.5～5.0之间。

进一步地，在本发明实施例1所提供的利用弱酸性染料为镁材微弧氧化膜层着色的方法实施过程中进行如下观测：

(1)采用ssx-550扫描电子显微镜对本发明实施例1中微弧氧化工序得到的az31镁合金圆片表面原位生长的呈现白色的微弧氧化膜层进行观察，从而得到如图1所示的扫描电子显微镜照片(fesem图像)。图1所示的扫描电子显微镜照片是以电源工作电压350v进行20min微弧氧化处理后所加工出的表面原位生长出白色微弧氧化膜层的az31镁合金圆片在放大3000倍时的形貌，其表面微孔尺寸在0.5～5.0μm之间。

(2)采用ssx-550扫描电子显微镜对本发明实施例1中浸泡着色工序得到的微弧氧化膜层表面呈桃红色的az31镁合金圆片进行观察，从而得到如图2所示的扫描电子显微镜照片(fesem图像)。由图2可以看出：染料粒子以颗粒形式大量吸附在微弧氧化膜层表面，并呈现出针状生长。

(3)直接对本发明实施例1中浸泡着色工序得到的微弧氧化膜层表面呈桃红色的az31镁合金圆片进行观察，从而得到如图3所示的浸泡着色后的微弧氧化膜层的宏观照片示意图。由图3可以看出：本发明实施例1成功地对az31镁合金圆片表面原位生长的白色微弧氧化膜层进行了着色，从而使微弧氧化膜层呈现出靓丽的桃红色。

(4)直接对本发明实施例1中浸泡着色工序得到的微弧氧化膜层表面呈嫩黄色的az31镁合金圆片进行观察，从而得到如图4所示的浸泡着色后的微弧氧化膜层的宏观照片示意图。由图4可以看出：本发明实施例1成功地对az31镁合金圆片表面原位生长的白色微弧氧化膜层进行了着色，从而使微弧氧化膜层呈现出靓丽的嫩黄色。

综上可见，本发明不仅能够使镁材微弧氧化膜层呈现各种鲜艳光丽的颜色，保持镁材微弧氧化膜层自身具有较高结合力和耐磨性，提高镁材微弧氧化膜层的耐腐蚀性，而且生产工艺简单、容易实现量产、不会对人体和设备造成腐蚀，不会造成环境污染。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。