[发明专利]一种通过纳米石墨提高镁合金微弧氧化膜耐磨性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过纳米石墨提高镁合金微弧氧化膜耐磨性的方法，在膜层中加入适量纳米石墨，提高膜层的耐磨性。

背景技术

目前，镁合金微弧氧化的研究都是在硅酸盐、磷酸盐、铝酸盐体系或其混合电解液体系中进行的，使用电解液配方为适量硅酸盐、磷酸盐、铝酸盐及其他添加剂，将镁合金基体清洗、打磨、除油后，将试样悬挂浸入电解液中，镁合金试样作为阳极，不锈钢电解槽体作为阴极。通过微弧氧化电源操作面板设置好实验电参数，进行微弧氧化。经过适当氧化时间，取出试样进行清洗、吹干等后处理。生成的微弧氧化陶瓷层虽然具有较高的硬度，但是这些陶瓷层的膜层的组织与结构对其摩擦磨损性能有较大影响，见薛文彬,来永春,邓志威,等.发表在材料科学与工艺,1997,5(2):89-92上的论文：镁合金微等离子体氧化膜的特性；以及曾志恒,楼白杨.在材料科学与工程学报,2011,29(3):433-436上的论文：镁合金微弧氧化膜的耐蚀性及其在腐蚀介质下的磨损行为。一方面，陶瓷层表面存在大量火山锥状突起，使表面凹凸不平，具有较大粗糙度，减摩性能不佳。另一方面，陶瓷层外层为多孔的疏松层，在干摩擦条件下的磨损过程中易被破坏，抗磨性能也不佳。这导致了微弧氧化陶瓷层的磨损过程中不仅自身容易发生磨损失效，也使对磨零件易发生磨损，影响使用寿命。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种通过纳米石墨提高镁合金微弧氧化膜耐磨性的方法，能够在膜层中加入适量纳米石墨，提高膜层的耐磨性。

技术方案

一种通过纳米石墨提高镁合金微弧氧化膜耐磨性的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：采用金属清洗剂清洗镁合金以除油，打磨镁合金表面，在丙酮中超声清洗10分钟，吹干待用；

步骤2：将分散剂羧甲基纤维素钠、润湿剂OP-10及纳米石墨颗粒与蒸馏水混合，搅拌后分散40min，加入微弧氧化电解液主盐Na₂SiO₃及添加剂NaF，加蒸馏水至所需浓度，继续超声分散至2h；所述分散剂羧甲基纤维素钠的浓度为0.25～0.5g/L，润湿剂OP-10的浓度为0.25g/L，纳米石墨颗粒的浓度为5～20g/L，主盐Na₂SiO₃的浓度为20g/L，添加剂NaF的浓度为5g/L；

步骤3：将步骤1处理后的镁合金悬挂浸入电解液中，以镁合金作为阳极，不锈钢电解槽体作为阴极，进行微弧氧化处理；微弧氧化处理采用恒流法，整个过程中保证循环水冷，使电解液温度始终低于30℃，氧化时间40min；所述微弧氧化电参数：频率1000Hz，占空比10%，电流密度2.6A/dm²；

步骤4：关闭电源，取出镁合金，用蒸馏水洗去表面附着的残留电解液，再放入丙酮中超声清洗并吹干，完成通过纳米石墨提高镁合金微弧氧化膜耐磨性的处理。

所述羧甲基纤维素钠的纯度≥97.0，纯度单位wt.%。

所述润湿剂OP-10的纯度≥99.0，纯度单位wt.%。

所述纳米石墨颗粒的纯度99%。

所述主盐Na₂SiO₃的纯度≥99.93，纯度单位wt.%。

所述添加剂NaF的纯度≥98.0，纯度单位wt.%。

所述纳米石墨颗粒的粒径为30-50nm。

有益效果

本发明提出的一种通过纳米石墨提高镁合金微弧氧化膜耐磨性的方法，利用石墨是一种优良的固体润滑剂，起到很好的润滑减摩的特点，而纳米石墨在保留了石墨减磨作用的优点同时，还具有比表面积大、活性较好、扩散系数较大等特点。通过在原有硅酸盐体系电解液配方中加入纳米石墨颗粒，对微弧氧化膜层进行进一步的改性，提高微弧氧化膜层的减摩、抗磨性能。

附图说明

图1：ZM5基体及微弧氧化膜层的摩擦系数；

图2：ZM5基体及微弧氧化膜层的体积磨损率；

图3：ZM5基体及微弧氧化膜层磨痕微观形貌（×50），

(a)ZM5基体(b)基础电解液(c)石墨5g/L(d)石墨10g/L(e)石墨15g/L(f)石墨20g/L；

图4：微弧氧化试样宏观形貌，

(a)无纳米颗粒(b)石墨5g/L(c)石墨10g/L(d)石墨15g/L(e)石墨20g/L

图5：微弧氧化膜层XRD图谱；