一种用于锌合金微弧氧化的电解液及微弧氧化方法.pdf

本发明提供了一种用于锌合金微弧氧化的电解液，该电解液为含有磷酸盐和硅酸盐的水溶液，且电解液的pH值为6-12。还提供了采用该电解液对锌合金进行微弧氧化的方法。采用本发明提供的电解液及微弧氧化的方法可以使形成微弧氧化膜的锌合金的耐污性、表面致密度、耐磨性、耐盐雾腐蚀性和电绝缘性均很好，而且微弧氧化膜的硬度很高，使锌合金的应用范围更为广泛。

1、  一种用于锌合金微弧氧化的电解液，其特征在于，该电解液为含有磷酸盐和硅酸盐的水溶液，且电解液的pH值为6-12。

2、  根据权利要求1所述的电解液，其中，所述电解液中磷酸盐的含量为1-50g/L，所述硅酸盐的含量为1-50g/L。

3、  根据权利要求2所述的电解液，其中，所述电解液中磷酸盐的含量为2-20g/L，所述硅酸盐的含量为2-20g/L。

4、  根据权利要求1-3中任意一项所述的电解液，其中，所述磷酸盐为三偏磷酸钠、六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、多聚磷酸钠和磷酸钠中的一种或几种；所述硅酸盐为硅酸钠和硅酸钾中的一种或几种。

5、  根据权利要求1或2所述的电解液，其中，所述电解液还含有添加剂，所述添加剂为硫酸钴、钼酸钠、钨酸钠、丙三醇和乙二胺中的一种或几种，所述添加剂在电解液中的总含量为5-100g/L。

6、  根据权利要求5所述的电解液，其中，在所述电解液中，所述硫酸钴的含量为0.1-10g/L、钼酸钠的含量为0.1-10g/L、钨酸钠的含量为0.1-10g/L、丙三醇的含量为0.1-20ml/L、乙二胺的含量为0.1-20ml/L。

7、  根据权利要求6所述的电解液，其中，在所述电解液中，所述硫酸钴的含量为0.1-5g/L、钼酸钠的含量为0.1-3g/L、钨酸钠的含量为0.1-5g/L、丙三醇的含量为0.5-10ml/L、乙二胺的含量为0.1-10ml/L。

8、  一种对锌合金表面进行微弧氧化的方法，该方法包括将锌合金材料置于盛有电解液的电解槽中，以锌合金材料为阳极，以不锈钢板为阴极，在微弧氧化的条件下使锌合金材料表面形成厚度为2-100μm的微弧氧化膜，其特征在于，所述电解液为权利要求1-7中任意一项所述的电解液。

9、  根据权利要求8所述的方法，其中，所述微弧氧化的条件包括，电流密度为0.5-10A/dm²，电压为0-800V，电解液的温度为15-60℃，微弧氧化的时间为2-30分钟。

一种用于锌合金微弧氧化的电解液及微弧氧化方法
技术领域
本发明涉及一种用于锌合金微弧氧化的电解液，还涉及一种使用该电解液对锌合金进行微弧氧化的方法。
背景技术
锌合金材料具有重量轻、比强度高、辗性、延展性好、易于加工的性能，广泛用于航天、航空、汽车、建筑以及电子等行业。但由于锌合金的电极电位比较低，在锌合金的表面电沉积金属膜层比较困难，因此目前对于锌合金的腐蚀防护通常采用氰化镀的方法进行电镀。但氰化镀的方法对环境的污染较大。
CN1369577A公开了一种镁合金表面处理工艺，该工艺包括：将镁合金预处理后放入碱性电解液中，采用微弧氧化设备对镁合金表面进行微弧氧化处理，在镁合金表面形成陶瓷层。所述碱性电解液为磷酸盐或硅酸盐体系的电解液，溶液的pH在8-12之间；所述磷酸盐体系的电解液的配比包括六偏磷酸钠(10g/L-60g/L)、硼酸钠(2g/L-20g/L)及适量的稳定剂；所述硅酸盐体系的电解液的配比包括硅酸钠(5g/L-60g/L)、三乙醇胺(2ml/L-20ml/L)、氢氧化钾(5g/L-30g/L)及适量的稳定剂；所述陶瓷层的厚度在10-50μm之间。在进行微弧氧化处理时，电流密度范围在2-30A/dm²之间，处理时间在10-20min之间。该发明的工艺处理工序简单，生产效率高，减少污染。
然而，目前还没有采用对锌合金微弧氧化的方法使锌合金获得腐蚀防护。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对锌合金进行微弧氧化的电解液，还提供一种采用该电解液对锌合金进行微弧氧化的方法。
本发明提供了一种用于锌合金微弧氧化的电解液，其中，该电解液为含有磷酸盐和硅酸盐的水溶液，且电解液的pH值为6-12。
本发明还提供了一种对锌合金表面进行微弧氧化的方法，该方法包括将锌合金材料置于盛有电解液的电解槽中，以锌合金材料为阳极，以不锈钢板为阴极，在微弧氧化的条件下使锌合金材料表面形成厚度为2-100μm的微弧氧化膜，其中，所述电解液为本发明提供的电解液。
本发明提供的用于锌合金微弧氧化的电解液以及对锌合金表面进行微弧氧化的方法，能够在锌合金表面形成致密的微弧氧化膜，可以有效地保护锌合金表面不受腐蚀，提高锌合金的使用性能，并且可以起到装饰锌合金表面的作用，使锌合金的外观装饰性效果较好。形成微弧氧化膜的锌合金的耐污性、表面致密度、耐磨性、耐盐雾腐蚀性和电绝缘性均很好，而且微弧氧化膜的硬度很高，使锌合金的应用范围更为广泛。
具体实施方式
本发明提供的用于锌合金微弧氧化的电解液为含有磷酸盐和硅酸盐的水溶液，且电解液的pH值为6-12。
根据本发明提供的电解液，在优选情况下，所述电解液中磷酸盐的含量为1-50g/L，更优选为2-20g/L，所述硅酸盐的含量为1-50g/L，更优选为2-20g/L。
根据本发明提供的电解液，电解液中所含有的磷酸盐和硅酸盐为主成膜剂，是形成微弧氧化膜的主要成分。在优选情况下，所述磷酸盐为三偏磷酸钠、六偏磷酸钠、磷酸钠、三聚磷酸钠、多聚磷酸钠中的一种或几种；所述硅酸盐为硅酸钠和硅酸钾中的一种或几种。
根据本发明提供的电解液，在优选情况下，所述电解液还含有添加剂，所述添加剂为硫酸钴、钼酸钠、钨酸钠、丙三醇和乙二胺中的一种或几种。其中，硫酸钴、钼酸钠和钨酸钠可以赋予微弧氧化膜以装饰作用的颜色，并可以提高微弧氧化膜的硬度、均匀性及耐污性。丙三醇或乙二醇可以起到稳定溶液的作用，使电解过程中不易产生溶液飞溅。所述添加剂在电解液中的总含量为5-100g/L，优选为5-20g/L。
根据本发明提供的电解液，优选情况下，在所述电解液中，所述硫酸钴的含量为0.1-10g/L、优选为0.1-5g/L，钼酸钠的含量为0.1-10g/L、优选为0.1-3g/L、钨酸钠的含量为0.1-10g/L、优选为0.1-5g/L、丙三醇的含量为0.1-20ml/L、优选为0.5-10ml/L，乙二胺的含量为0.1-20ml/L、优选为0.1-10ml/L。
根据本发明提供的电解液，所述电解液的pH值可以通过本领域技术人员公知的方法来调节，例如通过加入碱来调节pH值为6-12，所述碱可以采用氢氧化钾和/或氢氧化钠，所述碱在电解液中的含量为1-20g/L，优选为1-6g/L。
本发明提供的对锌合金表面进行微弧氧化的方法包括，将锌合金材料置于盛有电解液的电解槽中，以锌合金材料为阳极，以不锈钢板为阴极，在微弧氧化的条件下使锌合金材料表面形成厚度为2-100μm的微弧氧化膜，其中，所述电解液为本发明提供的电解液。
根据本发明提供的方法，所述微弧氧化膜的厚度优选为2-50μm。
根据本发明提供的方法，所述微弧氧化的条件包括，电流密度为0.5-10A/dm²，电压为0-800V，电解液的温度为15-60℃，微弧氧化的时间为2-30分钟。
本发明对锌合金进行微弧氧化具体步骤还包括前处理和封孔。对锌合金材料进行前处理主要为对锌合金进行脱脂，所述脱脂的方法为本领域技术人员公知的各种方法，例如该方法包括将锌合金材料浸泡于脱脂溶液中5-10分钟，然后用水冲洗干净。脱脂溶液中含有氢氧化钠20-50克/升，磷酸钠30-50克/升、硅酸钠10-30克/升，脱脂溶液的温度为40-85℃。
所述封孔为将锌合金表面形成的微弧氧化膜上的微孔进行封闭，然后干燥。封孔的方法可以采用本领域技术人员所公知的各种方法，例如水封闭法、镍封、有机硅封孔等方法。本发明优选采用水封闭法，该方法包括用70-100℃的纯水浸泡附着有微弧氧化膜的锌合金0.5-10分钟，接着干燥。干燥可以采用10-50℃的风吹干。
通过本发明提供的微弧氧化方法对锌合金进行微弧氧化后，可在锌合金表面上得到厚度为2-100微米，优选为2-50微米的微弧氧化膜层，该微弧氧化膜不仅硬度、耐磨性、耐腐蚀性、电绝缘性均较高，而且耐污性和致密性均很好，并且外观装饰性很强。
本发明提供的方法适用于各种锌合金材料，锌合金材料例如可以是型号为GZ3、GZ4、GZ5、GZ8等牌号的锌合金材料。
下面的实施例将对本发明作进一步详细地描述。
实施例1
本实施例说明本发明提供的微弧氧化电解液以及微弧氧化方法。
处理工件：锌合金手机壳
材料型号：GZ5
1、脱脂
将锌合金手机壳浸泡于脱脂溶液中10分钟，然后用水冲洗干净。脱脂溶液中含有氢氧化钠30克/升，磷酸钠40克/升、硅酸钠20克/升，脱脂溶液的温度为70℃。
2、微弧氧化
对锌合金工件进行了上述脱脂处理后，浸入电解液中，该电解液为含有硅酸钠8g/L，磷酸钠3g/L和三偏磷酸钠3g/L的水溶液，并用氢氧化钾将电解液的pH值调节为8。以锌合金为阳极，不锈钢板为阴极，在30℃的条件下采用0-500V的电压、1.5A/dm²的电流密度进行微弧氧化8分钟，然后水洗烘干。
3、封孔
将上述微弧氧化后的锌合金工件浸入温度为85℃的热纯水中5分钟进行封孔，然后取出吹干。
最终在锌合金工件的表面得到暗红色的、厚度为6.5微米的微弧氧化膜。
实施例2
本实施例说明本发明提供的微弧氧化电解液以及微弧氧化方法。
对锌合金进行与实施例1相同的脱脂和封孔方法，不同的是，微弧氧化过程为，将脱脂处理后的锌合金工件浸入电解液中，该电解液为含有硅酸钠8g/L，磷酸钠3g/L、三偏磷酸钠2g/L和硫酸钴1g/L的水溶液，并用氢氧化钾将该电解液的pH值调节为9。然后以锌合金为阳极，不锈钢板为阴极，在30℃的条件下采用0-6V的电压、1.8A/dm²的电流密度进行微弧氧化9.5分钟，然后水洗烘干。
最终在锌合金工件的表面得到棕色的、厚度为8微米的微弧氧化膜。
性能测试
(1)耐污性测试
分别用棉布沾取测试溶剂异丙醇、人工汗、汽油后，在产品表面摩擦2分钟，产品表面应无变色、无脱落；再将测试溶剂唇膏、护手霜、粉底霜、食用油、杀虫剂、防晒液分别在产品表面涂覆均匀，放置24小时后用水冲洗，产品表面应无变色、无污痕为合格。
其中，人工汗的配方为尿素1g/L，氯化钠5g/L，乳酸1.14g/L，余量为水，pH值为6.5。
(2)表面粗糙度测试
测试仪器：3D轮廓仪(北京汇德信科技有限公司，KLOCKE)
测试产品表面的Ra值(粗糙度值的算术平均值，测试方法：仪器自动扫描，显示结果)。
(3)RCA纸带耐磨测试
使用型号为F350008的RCA纸带耐磨仪，在175克力下磨擦产品表面的微弧氧化膜层，磨至露出铝合金材料表面时，记录橡胶轮转动的圈数；
(4)铅笔硬度测试(ASTMD 3363-74)
仪器：铅笔硬度计F130027
检验方法：按照ASTM D3363，负荷：750克，铅笔：三菱UNI
(5)中性盐雾腐蚀测试
将产品样品置于盐雾腐蚀试验箱(上海源正实验仪器有限公司，FQY050)内，在35℃下用浓度为5±0.5重量％的氯化钠水溶液在产品样品表面连续喷雾8小时，然后取出进行观测，并记录产品样品表面的腐蚀面积占膜层总面积的百分含量作为盐雾腐蚀比例。
(6)电绝缘性
用万用表对样品表面的两点测试电阻。
将实施例1-2所得到的形成有微弧氧化膜的锌合金材料的产品分别按照上述性能测试方法进行耐污性、耐刮性、表面粗糙度、RCA纸带耐磨、铅笔硬度、中性盐雾腐蚀和电绝缘性的测试，测试的结果列于表1中。
表1