一种提高镁合金或铝合金氧化膜耐腐蚀性能的表面处理液及处理方法

摘要

本发明提供一种提高镁合金或铝合金氧化膜耐腐蚀性能的表面处理液及处理方法。将微弧氧化和阳极氧化处理过的镁合金或铝合金浸入聚苯乙烯和马来酸酐接枝聚苯乙烯的四氢呋喃溶液中，或者将该溶液喷涂至合金表面，将在镁合金或铝合金氧化膜表面形成一层致密的聚苯乙烯涂层，并填充氧化膜表面孔洞和微裂纹，从而提高镁合金或铝合金的耐腐蚀性能。

说明书

技术领域：

本发明涉及到一种提高镁合金或铝合金氧化膜耐腐蚀性能的表面处理方 法，特别涉及到镁合金或铝合金微弧氧化和阳极氧化表面的有机涂层处理。

背景技术：

镁合金以轻质，比强度高，良好的加工性能以及优良的电磁屏蔽性等特点， 被誉为21世纪的绿色金属结构材料；铝合金具有比重小，比强度高，优良的导 热导电性能以及优异的铸造性，在航天航空、电子及运输车辆等领域应用广泛。 然而，镁合金和铝合金在潮湿的空气或海洋大气中均会遭受严重的腐蚀。因此， 对其表面进行防腐处理，提高耐腐蚀性能是镁合金和铝合金应用需解决的一个 重要问题。

目前，镁合金和铝合金表面防护处理方法主要有化学转化处理，有机物涂 装处理，阳极氧化处理，微弧氧化处理，电镀或化学镀处理等方法。其中，阳 极氧化处理能显著提高金属的力学性能及耐蚀性能，同时还具有较强的吸附性， 而在阳极氧化技术基础上发展起来的微弧氧化处理是一种在有色金属表面原位 生长陶瓷层的新技术，它具有与金属基体结合力强，耐热耐冲击、耐磨损、耐 腐蚀等特性，表面防护效果远高于传统的表面处理方法。然而，无论是阳极氧 化膜还是微弧氧化膜，外表面都存在许多孔洞或微裂纹，腐蚀介质可从这些微 缺陷处渗入基体，导致其耐蚀性下降。针对镁合金及铝合金氧化膜的缺陷，主 要采用热-水合封孔、铬酸盐和硅酸盐、稀土氧化物、有机酸等进行封孔处理， 采用溶胶-凝胶法或丙烯酸树脂、环氧树脂、氨基树脂等热固性塑料及聚丙烯等 热塑性塑料进行表面处理。热-水合封孔、铬酸盐和硅酸盐、稀土氧化物、有机 酸等封孔处理只能使孔口部分封闭变小，难以完全封闭微孔底部和微裂纹；溶 胶-凝胶法处理工艺复杂，且较大颗粒的溶胶不易进入膜孔；目前所采用的热固 性高分子材料不能循环使用，且涂层因撞击、刮擦等损坏后难以修复；而热塑 性材料中已采用的聚丙烯需在二甲苯溶剂中加热至120℃的温度下才能溶解，且 在使用过程中需要加热保温，此外，在加热过程中易挥发有毒的二甲苯气体， 实际应用受限。

发明内容：

针对现有技术存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种镁合金或铝合 金微弧氧化膜和阳极氧化膜的表面处理溶液；本发明的再一目的在于利用该溶 液提供一种镁合金或铝合金微弧氧化膜和阳极氧化膜的表面处理方法。

一种提高镁合金或铝合金氧化膜耐腐蚀性能的表面处理液，在-10～35℃下将 马来酸酐接枝聚苯乙烯加入四氢呋喃中，马来酸酐接枝聚苯乙烯的质量浓度为 5～18%。

加入四氢呋喃中的还包括聚苯乙烯，聚苯乙烯和马来酸酐接枝聚苯乙烯总 的质量浓度为5～18%，马来酸酐接枝聚苯乙烯不低于聚苯乙烯和马来酸酐接枝 聚苯乙烯总质量的10%。

利用所述的表面处理液提高镁合金或铝合金氧化膜耐腐蚀性能的方法，将 微弧氧化或阳极氧化处理过的镁合金和铝合金工件浸入所述的表面处理溶液 中，5～15min后取出晾干，或者将表面处理溶液喷涂到工件表面，再在180～250 ℃的温度下保温1～30min后冷却。

本发明方法可在室温下将聚苯乙烯填充到镁合金或铝合金氧化膜孔洞中使 其封闭，并在氧化膜表面形成一层致密的有机涂层，显著提高镁合金或铝合金 的耐腐蚀性能。同时，聚苯乙烯属于热塑性材料，当涂层因刮擦等导致局部破 坏时，可通过对该局部加热熔化进行快速修复，延长了涂层的使用寿命。此外， 可以在处理溶液中加入颜料，制备不同颜色的涂层。

附图说明：

图1为微弧氧化AZ31镁合金经本发明采用质量浓度15%的表面处理液处 理后的表面形貌图；

图2为AZ31镁合金在3.5%NaCl溶液中的极化曲线图；（a为微弧氧化样品， b为本发明处理样品）

图3为微弧氧化AZ31镁合金在3.5%NaCl溶液中的交流阻抗谱；

图4为微弧氧化AZ31镁合金经本发明采用质量浓度15%的表面处理液处理 后在3.5%NaCl溶液中的交流阻抗谱；

图5为微弧氧化AZ31镁合金本发明处理前后的盐水浸泡腐蚀照片；

图6为微弧氧化2519铝合金经本发明采用质量浓度15%的表面处理液处理 后的表面形貌图；

图7为2519铝合金在3.5%NaCl溶液中的极化曲线图；（a为微弧氧化样品， b为本发明处理样品）

图8为微弧氧化2519铝合金在3.5%NaCl溶液中的交流阻抗谱；

图9为微弧氧化2519铝合金经本发明采用质量浓度15%的表面处理液处理 后在3.5%NaCl溶液中的交流阻抗谱；

图10为微弧氧化AZ31镁合金经本发明采用质量浓度5%的表面处理液处 理后的表面形貌图；

图11为微弧氧化AZ31镁合金经本发明采用质量浓度5%的表面处理液处理 后在3.5%NaCl溶液中的极化曲线图；

图12为微弧氧化AZ31镁合金经本发明采用质量浓度5%的表面处理液处理 后在3.5%NaCl溶液中的交流阻抗谱；

图13为微弧氧化AZ31镁合金经本发明采用质量浓度10%的表面处理液处 理后的表面形貌图；

图14为微弧氧化AZ31镁合金经本发明采用质量浓度10%的表面处理液处 理后在3.5%NaCl溶液中的极化曲线图；

图15为微弧氧化AZ31镁合金经本发明采用质量浓度10%的表面处理液处 理后在3.5%NaCl溶液中的交流阻抗谱；

具体实施方式：

以下结合实施例旨在进一步说明本发明，而非限制本发明。

实施例1

1.在室温下将马来酸酐接枝聚苯乙烯加入四氢呋喃中，马来酸酐接枝聚苯乙 烯的质量浓度为15%；

2.处理方法：将微弧氧化或阳极氧化处理过的镁合金或铝合金工件浸入所 述的表面处理溶液中，5～15min后取出晾干，或者将表面处理溶液喷涂到工件表 面，再在210℃的温度下保温1～30min后冷却。

将经过上述工艺处理的AZ31镁合金样品进行以下实验：

1．扫描电镜：如图1所示，微弧氧化AZ31镁合金样品经本发明采用质量 浓度15%的表面处理液处理后，表面几乎不存在微孔洞和微裂纹。

2.动电位极化曲线测试：如图2所示，微弧氧化AZ31镁合金样品经本发 明采用质量浓度15%的表面处理液处理后，样品腐蚀电流密度下降到10^-9A·cm^-2， 比微弧氧化样品低约4个数量级。

3.电化学交流阻抗谱：如图3，图4所示，AZ31镁合金在经本发明采用质 量浓度15%的表面处理液处理后，浸泡初期阻抗值提高约2个数量级，且阻抗 值下降的速率明显降低。微弧氧化样品在经过120h浸泡后阻抗值下降至10³Ω.cm²，而经本发明采用质量浓度15%的表面处理液处理后样品浸泡1104h后阻 抗值仍然高于10⁴Ω.cm²。

4.室温盐水浸泡实验：如图5所示，未处理的微弧氧化样品在浸泡48h即 出现腐蚀点，在浸泡进行到96h时，样品表面布满白色腐蚀产物，且有部分基 体裸露；与之相比，经本发明采用质量浓度15%的表面处理液处理后的样品在 浸泡前期没有明显变化，浸泡至336h时，样品表面才开始出现腐蚀点，且当浸 泡进行到552h时，腐蚀点的数量和面积也没有明显增加。

将经过上述工艺处理的2519铝合金样品进行以下实验：

1．扫描电镜：如图6所示，微弧氧化2519铝合金样品经过本发明采用质 量浓度15%的表面处理液处理后，样品表面几乎不存在微孔洞和微裂纹。

2.动电位极化曲线测试：如图7所示，经过本发明采用质量浓度15%的表 面处理液处理后样品的腐蚀电流密度要比微弧氧化样品低约4个数量级，腐蚀 电位正移了80mV。

3.电化学交流阻抗谱：如图8，图9所示，在浸泡初期，经本发明采用质 量浓度15%的表面处理液处理后2519铝合金的阻抗值要比微弧氧化样品高约2 个数量级。且经过572h浸泡后，微弧氧化样品的阻抗值下降至10³Ω.cm²。而经 本发明采用质量浓度15%的表面处理液处理后样品浸泡1104h后阻抗值仍然高 于10⁵Ω.cm²。

实施例2

1.在室温下将聚苯乙烯和马来酸酐接枝聚苯乙烯加入四氢呋喃中，聚苯乙烯 和马来酸酐接枝聚苯乙烯总的质量浓度为5%，马来酸酐接枝聚苯乙烯不低于聚 苯乙烯和马来酸酐接枝聚苯乙烯总质量的10%；

2.处理方法：将微弧氧化或阳极氧化处理过的镁合金工件浸入所述的表面 处理溶液中，5～15min后取出晾干，或者将表面处理溶液喷涂到工件表面，再在 210℃的温度下保温1～30min后冷却。

将经过上述工艺处理的AZ31镁合金样品进行以下实验：

1．扫描电镜：如图10所示，微弧氧化AZ31镁合金样品经过本发明采用质 量浓度5%的表面处理液处理后，样品表面大部分的孔洞和微裂纹被一层较薄的 聚苯乙烯涂层所覆盖。

2.动电位极化曲线测试：如图11所示，微弧氧化AZ31镁合金样品经本发 明采用质量浓度5%的表面处理液处理后，样品腐蚀电流密度下降到10^-6A.cm^-2。

3.电化学交流阻抗谱：如图12所示，在浸泡初期，微弧氧化AZ31镁合金 经本发明采用质量浓度5%的表面处理液处理后的阻抗值相比微弧氧化样品虽 没有提高，但阻抗值下降的速率显著降低，在浸泡1104h后阻抗值明显高于10³Ω.cm²。

实施例3

1.在室温下将聚苯乙烯和马来酸酐接枝聚苯乙烯加入四氢呋喃中，聚苯乙烯 和马来酸酐接枝聚苯乙烯总的质量浓度为10%，马来酸酐接枝聚苯乙烯不低于 聚苯乙烯和马来酸酐接枝聚苯乙烯总质量的10%；

2.处理方法：将微弧氧化或阳极氧化处理过的镁合金工件浸入所述的表面 处理溶液中，5～15min后取出晾干，或者将表面处理溶液喷涂到工件表面，再在 210℃的温度下保温1～30min后冷却。

将经过上述工艺处理的AZ31镁合金样品进行以下实验：

1．扫描电镜：如图13所示，微弧氧化AZ31镁合金样品经过本发明采用质 量浓度10%的表面处理液处理后，样品表面被一层较厚的聚苯乙烯涂层所覆盖， 仅余少数微孔没有被填充完全。

2.动电位极化曲线测试：如图14所示，微弧氧化AZ31镁合金样品经本发 明采用质量浓度10%的表面处理液处理后，样品腐蚀电流密度下降到10^-7A.cm^-2。

3.电化学交流阻抗谱：如图15所示，微弧氧化AZ31镁合金在经本发明采 用质量浓度10%的表面处理液处理后，浸泡初期阻抗值提高约1个数量级，且 阻抗值下降的速率明显降低，在浸泡1104h后阻抗值仍然高于10⁴Ω.cm²。