[发明专利]一种用于航天器的镁合金表面热控膜层的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于腐蚀与防护技术领域，涉及一种用于航天器的镁合金的表面处理方法。

背景技术

镁是一种很轻的金属元素，在地壳中含量丰富、分布广泛，大约占地球重量的2.35％，同时也是海水中的第三富有元素，大约占海水重量的0.13％。镁合金作为一种轻质工程材料，具有密度低，比强度和比刚度高，减震性好，导电导热性好，磁屏性能优良、可回收等特点。除此之外，镁合金还具有优秀的切削加工和抛光性能，容易铸造。镁合金因具有多种优点得到了人们的广泛关注，但镁合金化学性质活泼，耐磨性和耐蚀性较差，阻碍了其应用，因而必须对镁合金进行表面防腐处理。

通过不同的表面处理手段，不仅可以在一定程度上解决镁合金耐蚀、耐磨性差的问题，还可使之具有一定的特殊性能。对镁合金进行微弧氧化表面改性处理是提高其耐蚀、耐磨性的重要方法之一。微弧氧化(MAO)即为重要的表面处理手段之一，其膜层与基体的结合力比阳极氧化更强，而且具有类似于陶瓷的晶体结构，因而也称为陶瓷膜。微弧氧化膜致密且坚硬，不仅可以满足普通的耐蚀、耐磨和装饰的要求，也可以满足长时间的高温、高压、高速以及有腐蚀介质的环境等多种苛刻的服役要求。另外，由于结构的特殊性，还能够改善表面绝缘性，并可通过调整工艺使之具有较好的热控性能等特殊的功能。

轻量化是目前我国航天器发展和设计的必然趋势，为了实现轻量化，主要是通过使用镁合金来实现。航天器部分部位的镁合金构件不仅要求耐蚀性好，也要求表面具有半球发射率较高的黑色膜层。微弧氧化是一种较好的表面处理方式，可以同时赋予镁合金表面较好的热控性能和耐蚀性能。

发明内容

本发明的目的在于弥补现有制备黑色微弧氧化膜层方法的不足，提出一种新的针对镁合金的微弧氧化工艺，以提高其耐蚀性和半球发射率。本发明具备电解液稳定环保、操作简单，制备的膜层性能优异等特点。

一种用于航天器的镁合金表面热控膜层的制备方法，具体包括如下步骤：

一、电解液配制：先将所需质量的主成膜剂在1/4体积的水中溶解，然后加入所需质量的有机络合剂，搅拌直至完全溶解；酌量向其中加入部分pH调节剂，搅拌直至完全溶解得到浓缩液；将所需量的着色剂加入浓缩液，将容器密封；用超声清洗器或者磁力搅拌器搅拌，直至固体颗粒全部溶解；加水补充至所需体积，搅拌后放置30-50min，测其pH，逐渐添加pH调节剂，直至pH达到预期范围，得到微弧氧化电解液，静置待用；其中微弧氧化电解液中主成膜剂的浓度为5～50g/L，有机络合剂的浓度为1～10g/L，着色剂的浓度为3～30g/L，pH剂调节剂的浓度为3～10g/L；

二、前处理：先对镁合金基体进行打磨，暴露出光亮基体且表面相对平滑后，用去离子水冲洗干净，然后碱洗，碱洗溶液为20～40g/L十水碳酸钠，10～30g/L氢氧化钠和0.5～1ml/L OP-10润湿剂，溶液温度为70～90℃，保温处理时间为5～10min；碱洗后用清水冲洗3～5次，再用去离子水冲洗3～5次，然后需干燥以备装夹；将待氧化件与铝导线紧密装夹，保证导电良好且接触稳固；

三、微弧氧化：将装夹后的待氧化件完全浸入微弧氧化电解液，导线另一端与电源阳极稳固连接；将气泵装置安装就绪；设定电参数：电流密度为1A/dm²～20A/dm²，脉冲比为1～3:1，占空比为25％～75％，频率为50Hz～1000Hz；氧化时间在10～30min，对氧化完成试样进行清洗、干燥和拆下夹具，得到镁合金表面热控膜层。

进一步的，步骤一中主成膜剂为磷酸钠或磷酸铵。

进一步的，步骤一中有机络合剂为乙二胺或乙二胺四乙酸。

进一步的，步骤一中pH调节剂为氢氧化钾。

进一步的，步骤一中着色剂为硫酸铜、硫酸钴或硫酸锰。

进一步的，步骤一中微弧氧化电解液pH需保持在12～14之间。

进一步的，碱洗后到待氧化件浸入微弧氧化电解液之前，待氧化件及相关夹具、导线需保持清洁。

进一步的，连接用铝导线除了与待氧化试样接触的部位，其余部位应有绝缘皮。

进一步的，各部分的连接必须良好且稳固，以防在高压下出现打火现象。

进一步的，使用气泵促进微弧氧化电解液循环，使微弧氧化电解液温度维持在40℃以下。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

一、电解液组分少，含量较低，配制便捷，且不含氰化物或氟化物，更环保；

二、去掉了氧化前的活化工艺(传统工艺多用氟化物先进行活化)，降低生产成本，进一步减小对环境的影响；