微弧氧化层表面封孔液、封孔方法及复合材料与流程

allin2025-04-03  37


本发明涉及一种表面封孔液、封孔方法及复合材料,具体地涉及一种微弧氧化层表面封孔液、封孔方法及复合材料。


背景技术:

1、镁及镁合金具有密度小、比强度和比刚度高、阻尼减震性和电磁屏蔽性能好、容易机械加工和回收利用的优点。例如,镁合金是目前最轻的合金结构材料,镁合金密度约为铝合金的2/3,钢铁的1/4;与此同时,散热性能上镁比钢高近1倍,是塑料的10倍。这些工业特性以及其在自然环境中的丰富储量使其具备广泛的应用潜力。在航空航天、汽车工业、电子信息、建筑、医疗等领域有着其它材料无法比拟的优势。特别是,近年来伴随我国新能源汽车工业的飞速发展及汽车轻量化研究,更为镁合金的应用带来广阔市场。但是镁的化学性质活泼,其自然形成的氧化层相比铝合金而言,无法起到很好的保护效果,耐腐蚀性和耐磨性都较差,这些缺点都限制了镁和镁合金的使用。因此,需要对其进行表面处理,让其在更多领域发挥其优势。

2、当前应用比较多的表面处理方法有电镀、阳极氧化、微弧氧化、激光处理、磷化电泳等,其中阳极氧化得到的表面处理氧化层较薄,耐蚀性并未显著提高,而且处理液污染大,不能很好的满足要求;电镀和磷化电泳存在污染大,复杂和效果不好等缺点,限制了其应用;激光处理成本高,难以大规模应用。

3、相对于此,微弧氧化通过高电压的作用,发生等离子放电,形成高温,镁合金基体与溶液的氧以冶金结合的方式形成陶瓷氧化层,厚度大,硬度高,相比其他工艺可以更加有效的提升镁合金的耐腐蚀性。但是在微弧氧化过程中,形成的氧化层呈现出多孔的形式,腐蚀介质容易通过这些微孔与镁合金的基体产生接触,进而造成基体的腐蚀。由此,孔隙附近的腐蚀速度会增加,产生的生成物还会在陶瓷氧化层与金属基体之间积聚,导致原本的陶瓷氧化层发生开裂和脱落。因此,在实际的生产应用之中,还需要对微弧氧化的陶瓷氧化层进行封孔处理,来进一步提升耐腐蚀性能。

4、当前对于微弧氧化封孔的处理工艺主要有:1.沸水封孔,2.树脂、石蜡等有机物固化封孔;3.无机盐类封孔,4.溶胶凝胶、自封孔等。

5、中国专利cn201510076185.9提出了一种简单有效的镁合金微弧氧化膜封孔方法,首先配置pvdf溶液,然后加入原硅酸钠、氢氧化钾或氢氧化钠,再选择性加入过氧化二苯甲酰(bpo)和二乙烯苯dvb,在30℃下搅拌反应一段时间,过滤得到滤液。将表面镀有微弧氧化膜的镁合金样品在上述滤液中浸泡一定时间后,取出并置于烘箱中干燥得到封孔后样品。该方法设备投资大,成本高,同时封孔效果不好,保护时间短,耐热性差

6、中国专利cn201210357957.2提出一种以含有5~15g/l硅酸钠、2~8g/l镍盐、0.1~2g/l促进剂的溶液为封孔液,采用浸泡的方式在常温下对微弧氧化膜层进行封孔。该方法中,化学试剂多,配置复杂,容易造成环境污染且危害人们身体,常温封孔效果不明显。

7、中国专利cn201711243919.3提出了一种镁合金微弧氧化表面陶瓷氧化层的封孔方法,其封孔液配比是:硬脂酸钠5~30份,偏铝酸钠5~20份,十二烷基苯磺酸钠1~5份,质量分数为98%的乙醇20~50份,去离子水20~50份。其将镁合金工件浸泡在封孔液中,封孔温度25~30℃,浸泡时间1~5h。该方法工艺要求高,工艺比较复杂,浸渗液中酒精易挥发,从而难以保证封孔效果。

8、中国专利cn202010843617.5提出一种铝合金阳极氧化无氟无镍的石墨烯封孔方法,包括:氧化石墨烯40~50份、异氰酸酯10~20份、丙烯酰胺2~10份、环氧树脂15~25份、片状铝粉2~5份、十二烷基磺酸钠5~10份、固化剂5~10份、有机酸5~10份、阻燃剂5~10份、无水乙醇10~20份、水20~30份。该封孔剂主要用于铝合金的阳极氧化,且溶液配比复杂,虽不含镍,但多为有机溶剂,且添加酒精易挥发。

9、具体可参考下表。

10、

11、针对目前技术存在的不足之处,需要寻找一种新的封孔工艺,在低成本、工艺流程简洁易于工业化、对环境和人体无危害的情况下,还具有很好的封孔效果和更久的保护时间,有效提高镁和镁合金微弧氧化处理后的耐蚀性。


技术实现思路

1、为解决上述课题,本发明提供了一种微弧氧化层表面封孔液、封孔方法,不仅可以提高镁合金等微弧氧化层表面的封孔效果,封孔工艺操作简便,而且材料易于获得且对环境和人体的污染和危害较低,可以充分改进现有的镁合金微弧氧化工艺,实现极佳的耐腐蚀性能。进一步地,本发明还提供一种具有来源于本发明的微弧氧化层表面封孔液封孔材料的复合材料。

2、本发明的一个实施方式涉及微弧氧化层表面封孔液,其特征在于,含有:选自硅酸盐、碳酸盐、磷酸盐或硫酸盐中的至少一种的无机盐,以及氧化石墨烯。

3、优选地,相对于微弧氧化层表面封孔液总量,所述无机盐的含量为0.5~5.0质量%,更优选为1.0~3.5质量%,所述氧化石墨烯的含量为0.1~0.5质量%,更优选为0.2~0.3质量%。在含有多种无机盐的情况下,该含量系各无机盐的总含量。优选地,所述无机盐包含硅酸钠和/或磷酸铝。

4、优选地,微弧氧化层表面封孔液还含有分散介质,相对于微弧氧化层表面封孔液的总量,分散介质的含量为80~99质量%,优选为90~98质量%,进一步优选为95~97质量%。

5、优选地,所述分散介质为水。

6、优选地,所述微弧氧化层为镁或镁合金表面的微弧氧化层。

7、本发明的另一实施方式涉及微弧氧化层表面封孔方法,其特征在于,包括:将表面具备微弧氧化层的材料浸没于上述封孔液中的浸没工序。

8、优选地,浸没工序的温度为20~30℃,时间为10~15分钟。

9、优选地,所述浸没工序后,将材料对材料进行加热固化的工序,加热温度为90~120℃,时间为30~60分钟。

10、优选地,在所述浸没工序前,依次用纯水、无水乙醇清洗并吹干干燥的预处理工序。

11、优选地,所述表面具备微弧氧化层的材料为镁或镁合金。

12、本发明的另一实施方式涉及复合材料,其特征在于,具备:金属基材,形成于金属基材上的微弧氧化层,所述微弧氧化层的表面及微孔中覆有封孔材料,所述封孔材料来源于上述微弧氧化层表面封孔液。

13、优选地,所述金属基材为镁或镁合金。

14、与现有技术相比较,本发明的优势在于:本发明的微弧氧化层表面封孔液通过同时含有特定无机盐和石墨烯,可与基体及微弧氧化层结合良好,提供致密、平整的表面,有效阻隔了腐蚀性物质进入金属基体内部,从而提高镁合金的耐蚀性。同时,不改变陶瓷氧化膜层表面的陶瓷质感,提高了镁合金等微弧氧化膜层的硬度,具有较好的耐磨、耐热、抗污等性能。本发明具有制备工艺简单,封孔液易配比,操作方便,可以有效提升镁合金等表面的防护能力。



技术特征:

1.一种微弧氧化层表面封孔液,其特征在于,含有:选自硅酸盐、碳酸盐、磷酸盐或硫酸盐中的至少一种无机盐,以及氧化石墨烯。

2.根据权利要求1所述的微弧氧化层表面封孔液,其中,相对于微弧氧化层表面封孔液总量,所述无机盐的含量为0.5~5.0质量%。

3.根据权利要求1所述的微弧氧化层表面封孔液,其中,相对于微弧氧化层表面封孔液总量,所述氧化石墨烯的含量为0.1~0.5质量%。

4.根据权利要求1所述的微弧氧化层表面封孔液,其中,所述无机盐包含硅酸钠和/或磷酸铝。

5.根据权利要求1所述的微弧氧化层表面封孔液,其中,还含有分散介质。

6.根据权利要求5所述的微弧氧化层表面封孔液,其中,相对于微弧氧化层表面封孔液的总量,分散介质的含量为90~98质量%。

7.根据权利要求5所述的微弧氧化层表面封孔液,其中,所述分散介质为水。

8.根据权利要求1所述的微弧氧化层表面封孔液,其中,所述微弧氧化层为镁或镁合金表面的微弧氧化层。

9.一种微弧氧化层表面封孔方法,其特征在于,包括:将表面具备微弧氧化层的材料浸没于权利要求1~8中任一项所述的封孔液中的浸没工序。

10.根据权利要求9所述的微弧氧化层表面封孔方法,其中,浸没工序的温度为20~30℃,时间为10~15分钟。

11.根据权利要求9所述的微弧氧化层表面封孔方法,其中,进一步包括以下工序:所述浸没工序后,对材料进行加热固化的工序,加热温度为90~120℃,时间为30~60分钟。

12.根据权利要求9所述的微弧氧化层表面封孔方法,其中,进一步包括以下工序:在所述浸没工序前,依次用纯水、无水乙醇清洗材料并吹干干燥的预处理工序。

13.根据权利要求9所述的微弧氧化层表面封孔方法,其中,所述表面具备微弧氧化层的材料为镁或镁合金。

14.一种复合材料,其特征在于,具备:金属基材,形成于金属基材上的微弧氧化层,且所述微弧氧化层的表面及微孔中覆有封孔材料,所述封孔材料来源于权利要求1~8中任一项所述的微弧氧化层表面封孔液。

15.根据权利要求14所述的复合材料,所述金属基材为镁或镁合金。


技术总结
本发明提供一种微弧氧化层表面封孔液、封孔方法及复合材料。其中,微弧氧化层表面封孔液含有:选自硅酸盐、碳酸盐、磷酸盐或硫酸盐中的至少一种无机盐,以及氧化石墨烯。本发明具有制备工艺简单,封孔液易配比,操作方便,可以有效提升镁合金等表面的耐腐蚀性和长期耐腐蚀性。

技术研发人员:赵文涛,徐海嵩
受保护的技术使用者:株式会社日立制作所
技术研发日:
技术公布日:2024/10/31
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