镁合金阳极氧化用离子交换膜电解槽及其氧化方法技术

一种金属表面处理技术领域的镁合金阳极氧化用离子交换膜电解槽及其氧化方法，包括：阴极室和置于阴极室内部的阳极室，其中：阳极室和阴极室之间设有电解质溶液，所述的阴极室和阳极室均为矩形结构，所述的阳极室的四个侧壁上设有离子交换膜作为隔墙，该离子交换膜包括：两两相对设置的阴离子交换膜和阳离子交换膜。本发明专利技术的离子交换膜电解槽适用于所有的镁合金的表面阳极（微弧或者等离子体电解液）氧化处理工艺。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种金属表面处理
的装置及方法，具体是一种镁合金阳 极氧化用离子交换膜电解槽及其氧化方法。
技术介绍
阳极氧化工艺所用的电流或者电压可以采用直流(D. C.)、交流(A. C.)；或者交流 和直流的叠加(A. C+D. C.)以及脉冲电流(P. C.)。当所施加的电流或电压达到一定值时，在 被氧化的镁合金工件上就会产生火花(“spark”)或微电弧(“micro arc”)，此时，人们又 将阳极氧化(anodizing)称为微弧氧化(MA0，micro arc oxidation)或微等离子体电解液(ΡΕ0, plasma electrolyte oxidation)。现有的镁合金阳极(微弧或者等离子体电解液)氧化工艺方法，通常是将作阳极 的镁合金工件与作阴极的对电极同时放置在装有氧化用电解质溶液的电解槽中，即阳极和 阴极与同一种电解质溶液接触而不分隔开。镁合金阳极(微弧或者等离子体电解液)氧化 工艺可以选用的电解质溶液多种多样，例如，含铬酸盐、磷酸盐、铝酸盐、硅酸盐、氟盐、硼酸 盐等等的水溶液，然而，当镁合金氧化用电解质溶液同时含有硅酸盐、铝酸盐以及氟盐时， 必须严格地随时监控溶液的PH值，使得pH彡11。经过对现有技术的检索发现，美国专利号US5，240，589记载了其含有硅酸盐和氟 盐的电解质溶液的PH值至少为12. 5，即pH彡12. 5 ；美国专利号US5，264，113中记载了含 有硅酸盐和氟盐的电解质溶液的PH值至少为11，即pH彡11 ；美国专利号US6，495，267B1的
技术实现思路
描述中记载了含有硅酸盐和氟盐的电解 质溶液的PH值至少为11，即pH彡11。否则，电解质溶液将会逐渐产生氟硅酸盐和氟铝酸 盐沉淀，从而导致电解质溶液不稳定直至失效。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提供一种镁合金阳极氧化用离子交换膜电 解槽及其氧化方法，解决当镁合金氧化用电解质溶液同时含有硅酸盐、铝酸盐以及氟盐时， 电解质溶液会逐渐产生氟硅酸盐和氟铝酸盐沉淀，从而导致电解质溶液不稳定直至失效的 问题。本专利技术是通过以下技术方案实现的本专利技术涉及一种镁合金阳极氧化用离子交换膜电解槽，包括阴极室和置于阴极 室内部的阳极室，其中阳极室和阴极室之间设有电解质溶液，所述的阴极室和阳极室均为 矩形结构。所述的阳极室的四个侧壁上设有离子交换膜作为隔墙，该离子交换膜包括两两 相对设置的阴离子交换膜和阳离子交换膜。所述的阳极室内设有电解质溶液，该电解质溶液的组分及含量为5 25g/L的氢 氧化钾或者氢氧化钠；2 25g/L的硅酸钠；5 20g/L的偏铝酸钠；2 10g/L的焦磷酸钾3或者焦磷酸钠；所述的阴极室内设有氟离子水溶液，其组分及含量为5 15g/L的氟化钾、氟化 氢铵、氟硼酸钠或氟化铵。所述的阴离子交换膜为0H_、BF4_和F_阴离子透过膜，如，NeoseptaACM, NeoseptaAM-I 等。所述的阳离子交换膜为H+、K+和Na+阳离子透过膜，如，全氟黄酸型阳离子交换膜 Nafion450, Nafion324 或者 MC3470 等。本专利技术涉及上述电解槽的氧化方法，包括以下步骤第一步、将待处理的镁合金工件放置于阳极室内并将对电极放置于阴极室内，作 为阳极的镁合金工件接电源的正极，作为阴极的对电极接电源的负极；所述的对电极即耐腐蚀性不锈钢或者钛合金网框制成的阴极，该对电极紧贴离子 交换膜设置。第二步、接通电源并在电场的作用下，阴极室里的阴离子透过阴离子交换膜到达 作为阳极的镁合金工件表面与阳极室里的其它迁移到镁合金工件表面的阴离子共同作用， 在镁合金表面形成氧化膜层。第三步、阳极室里的阳离子透过阳离子交换膜到达阴极室，实现氧化工艺。本专利技术的离子交换膜电解槽适用于所有的镁合金的表面阳极(微弧或者等离子 体电解液)氧化处理工艺。附图说明图1为本专利技术的结构原理示意图；图2为本专利技术的顶视图；图3为网框示意图；图4为离子交换膜装配示意图；图中1、2为安装有阴离子交换膜的隔墙；3、4为安装有阳离子交换膜的隔墙；5 为待氧化的镁合金工件，即阳极；6为方形电解槽；7为氧化用电源；8为电缆；9为作为阴极 的对电极，即紧紧围绕离子交换膜的耐腐蚀性不锈钢或者钛合金网框；10为阳极室；11为 阴极室；12和14为制做电解槽及离子交换膜隔墙所用的高分子材料，例如，聚乙烯(PE)、聚 氯乙烯(PVC)或者其它聚合物结构材料；13为阴离子交换膜或者阳离子交换膜；15为塑料 螺丝；16为塑料螺帽；17为阴极室溶液出口 ；18为阴极室溶液入口 ；19为阳极室溶液入口 ； 20为阳极室溶液出口 ；俩室都分别装有循环过滤装置，可以分别对阴极电解质溶液和阳极 电解质溶液进行循环过滤和搅拌。具体实施例方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施 例。如图1所示，本实施例包括阴极室11和置于阴极室11内部的阳极室10，其中 阳极室10和阴极室11之间设有电解质溶液，所述的阴极室11和阳极室10均为矩形结构。所述的阳极室10的四个侧壁上设有离子交换膜13作为隔墙，该离子交换膜13包 括两两相对设置的阴离子交换膜13和阳离子交换膜13。所述的阳极室10内设有电解质溶液，该电解质溶液的组分及含量为5 25g/L 的氢氧化钾或者氢氧化钠、2 25g/L的硅酸钠、5 20g/L的偏铝酸钠以及2 10g/L的 焦磷酸钾或者焦磷酸钠。所述的阴极室11内设有氟离子水溶液，其组分及含量为5 15g/L的氟化钾、氟 化氢铵、氟硼酸钠或氟化铵。所述的阴离子交换膜13为0H_、BF4-和F_阴离子透过膜，所述的阳离子交换膜13 为H+、K+和Na+阳离子透过膜。下列镁合金阳极氧化实施例均采用以上所述的离子交换膜电解槽及其工作方式 进行氧化处理。实施例一将AZ91镁合金在下列组成的碱性溶液中进行碱洗，然后经过酸洗处理，最后以氧 化化钾6g/L、硅酸钾18g/L、焦磷酸钾6g/L、余量为水组成的电解质溶液作为阳极电解质溶液。所述的碱性溶液的组分为氢氧化钠50g/L、磷酸钠10g/L、润湿剂lg/L ；所述的酸洗处理是指采用含有磷酸(85% wt. )380ml/l、硫酸(98% wt. ) 16ml/l 以及水600ml/l的溶液中洗涤；将下列组成的电解质溶液作为阳极电解质溶液氢氧化钾(KOH)10g/L硅酸钠(Na2SiO3)20g/L焦磷酸钾(K4P2O7)8g/L其余为纯水；将下列组成的电解质溶液作为阴极电解质溶液氟化钾(KF)6g/L ；其余为纯水；具体的氧化操作采用本专利技术的离子交换膜电解槽氧化方法，步骤如下第一步、将待处理的镁合金工件放置于阳极室内并将对电极放置于阴极室内，作 为阳极的镁合金工件接电源的正极，作为阴极的对电极接电源的负极；所述的对电极即耐腐蚀性不锈钢或者钛合金网框制成的阴极，该对电极紧贴离子 交换膜设置。第二步、接通电源并在电场的作用下，阴极室里的阴离子透过阴离子交换膜到达 作为阳极的镁合金工件表面与阳极室里的其它迁移到镁合金工件表面的阴离子共同作用， 在镁合金表面形成氧化膜层。第三步、阳极室里的阳离子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镁合金阳极氧化用离子交换膜电解槽，包括：阴极室和置于阴极室内部的阳极室，其中：阳极室和阴极室之间设有电解质溶液，所述的阴极室和阳极室均为矩形结构，其特征在于：　　所述的阳极室的四个侧壁上设有离子交换膜作为隔墙，该离子交换膜包括：两两相对设置的阴离子交换膜和阳离子交换膜。

【技术特征摘要】
一种镁合金阳极氧化用离子交换膜电解槽，包括阴极室和置于阴极室内部的阳极室，其中阳极室和阴极室之间设有电解质溶液，所述的阴极室和阳极室均为矩形结构，其特征在于所述的阳极室的四个侧壁上设有离子交换膜作为隔墙，该离子交换膜包括两两相对设置的阴离子交换膜和阳离子交换膜。2.根据权利要求1所述的镁合金阳极氧化用离子交换膜电解槽，其特征是，所述的阳 极室内设有电解质溶液，该电解质溶液的组分及含量为5 25g/L的氢氧化钾或者氢氧化 钠、2 25g/L的硅酸钠、5 20g/L的偏铝酸钠以及2 10g/L的焦磷酸钾或者焦磷酸钠。3.根据权利要求1所述的镁合金阳极氧化用离子交换膜电解槽，其特征是，所述的阴 极室内设有氟离子水溶液，其组分及含量为5 15g/L的氟化钾、氟化氢铵、氟硼酸钠或氟 化铵。4.根据权利要求1所述的镁合金阳极氧化用离子交换膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭兴伍，朱荣玉，王少华，丁文江，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]