[发明专利]一种硅烷偶联剂抑弧的微弧氧化电解质溶液及微弧氧化膜制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属表面处理，具体为一种含硅烷偶联剂抑弧的微弧氧化电解质溶液及镁合金及其制品表面微弧氧化膜层的制备方法，属于金属表面处理技术领域。

背景技术

镁合金作为新一代轻质高强度金属结构材料，在汽车、电子通讯、航空航天、国防军工等领域具有广阔的应用前景。然而，镁的化学性质活泼，自然形成的氧化膜致密性差，在酸性或中性的环境中无法对镁合金制品起到良好的腐蚀防护作用，从而严重地限制了镁合金的广泛应用。

微弧氧化（MAO）技术，因其涂层结构的可设计性及性能优势，已成为镁合金表面腐蚀防护的重要手段之一。它是将普通阳极氧化的法拉第区域引入到高压放电区域，在镁合金表面产生微弧放电，通过局部高温、高压等环境因素作用制备硬质陶瓷膜，从而达到工件表面强化的目的。因此，在镁合金微弧氧化过程中伴随着强烈的火花或微电弧放电，工件表面局部尖端放电，导致膜层表面粗糙多孔，且微孔分布不均匀，孔径尺寸相差较大。同时，这种处理过程释放大量的热，局部温度过高，容易产生工件烧蚀，在生产中需要大型的冷却设备，提高了生产成本，也给工件的表面处理带来安全隐患。因此，在一些电解质溶液中需要引入丙三醇、三乙醇胺、乌洛托品、EDTA、酒石酸钠等物质抑弧，减少工件尖端放电，以利于微弧氧化过程平稳进行。

如：中国专利（旷亚非，罗胜联，周海晖，戴磊。镁合金在抑弧状态下的阳极氧化电解液及阳极氧化方法，申请号：200510032436.X），提到一种含有机胺的电解质溶液，并通过有机胺与其它组分有机组合，抑制镁合金材料在阳极氧化过程中产生火花放电或微电弧，制备微弧氧化膜。有机胺在微弧氧化过程中，仅起到了抑弧的作用。

文献（乌迪，刘向东，吕凯，张雅萍，王晓军。丙三醇对镁合金微弧氧化过程及膜层的影响，材料保护，2009，42（2）：1-3）提到，在硅酸盐电解质溶液中引入丙三醇，能够有效抑制尖端放电现象，制备微弧氧化膜。丙三醇在微弧氧化过程中，仅起到了抑弧的作用。

中国专利（胡会利，李宁，曹立新，于元春，高宁宁，屠振密。一种镁合金微弧氧化复合添加剂，申请号：200910229936.0）提供了一种由稀土化合物、稳定剂和硅烷偶联剂组成的复合添加剂，将其与硅酸盐或铝酸盐配合使用，制备了高耐蚀的微弧氧化膜。其中，硅烷偶联剂优选能增强膜层性能和电解液稳定的环氧官能团偶联剂，但这类硅烷偶联剂水解后，不能在水溶液，尤其是碱性环境下长期稳定存在。而且该复合添加剂中引入了稀土盐，增加了微弧氧化处理的成本。

此外，以微弧氧化膜层为过渡层，制备高性能复合涂层已成为当前的研究热点之一。为了满足复合工艺的要求，对过渡层的表面微结构及其综合性能提出了多样化的要求，如表面均匀微孔、粗糙表面以及疏水等。因此，有必要通过调整电解质溶液组成，制备多样化、差异结构及功能化的微弧氧化膜，满足复杂工艺及苛刻环境下的使用要求。

发明内容

针对现有镁合金微弧氧化技术存在的上述不足，本发明旨在提供一种低能耗，抑制尖端放电，快速成膜，且构造均匀表面微结构的微弧氧化电解质溶液。

本发明的另一目的旨在制备耐蚀、耐磨，且具有特殊功能（如疏水）性能的微弧氧化膜以及与配套涂层具有优异相容性能的微弧氧化过渡层。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种硅烷偶联剂抑弧的微弧氧化电解质溶液，包括基础溶液，在基础溶液中添加有硅烷偶联剂；其中基础溶液由无机盐、氟化物和氢氧化物中的一种、任意两种或三种构成，基础溶液为碱性；所述硅烷偶联剂水解后呈中性或碱性，硅烷偶联剂浓度为0.1-50 ml/L，其通式为R_4-xSi（OR′）_x，其中x为数字1、2 或3，R优选氨基，R′优选甲基或乙基。

其中，所述无机盐为硅酸盐、磷酸盐、偏铝酸盐中的一种或两种或三种的混合物；所述氟化物为NaF或KF中的一种或两种的混合物；所述氢氧化物为NaOH、KOH中的一种或两种的混合物。

优选地，所述无机盐为硅酸钠，硅酸钠浓度为5-20 g/L；所述氢氧化物为KOH ，KOH 浓度为5-20 g/L；所述氟化物为NaF ，NaF浓度为1-3 g/L；所述硅烷偶联剂为氨基硅烷， 0.1-50 ml/L。

镁合金表面微弧氧化膜层制备方法，步骤如下，

1）镁合金基体预处理：镁合金基体经碱洗或其它除油工艺处理以去除表面油迹；

2）配置电解质溶液：电解质溶液由权利要求1所述的基础溶液和硅烷偶联剂组成，将硅烷偶联剂按量引入基础溶液中，静置一段时间直至水解完毕，得电解质溶液；