阅读说明：本技术 一种钢铁阳极氧化电解液及其阳极氧化方法 (Steel anodic oxidation electrolyte and anodic oxidation method thereof ) 是由 罗松 郑丽 汪洋 罗宏 罗昌森 于 2019-10-14 设计创作，主要内容包括：本发明属于金属阳极氧化技术领域,具体涉及一种钢铁阳极氧化电解液及其阳极氧化方法。所述电解液包括：0.2-1mol/L柠檬酸、0.01-0.15mol/L氟化铵、0.01-1g/L丙三醇、0.01-1g/L烷基酚聚氧乙烯醚和水。所述阳极氧化方法为：对钢铁工件表面进行打磨、抛光和清洗,然后将钢铁工件作为阳极、石墨板或铅板作为阴极,利用上述电解液进行阳极氧化处理,使得钢铁工件表面生成一层氧化膜。本发明的钢铁阳极氧化电解液和阳极氧化方法得到的表面氧化物具有结合力强、耐磨、耐腐蚀的优点,克服了现有技术中很难对钢铁进行阳极氧化处理的难题。(The invention belongs to the technical field of metal anodic oxidation, and particularly relates to steel anodic oxidation electrolyte and an anodic oxidation method thereof. The electrolyte includes: 0.2-1mol/L citric acid, 0.01-0.15mol/L ammonium fluoride, 0.01-1g/L glycerol, 0.01-1g/L alkylphenol polyoxyethylene and water. The anodic oxidation method comprises the following steps: and grinding, polishing and cleaning the surface of the steel workpiece, then taking the steel workpiece as an anode and taking a graphite plate or a lead plate as a cathode, and carrying out anodic oxidation treatment by using the electrolyte to generate a layer of oxide film on the surface of the steel workpiece. The steel anodic oxidation electrolyte and the surface oxide obtained by the anodic oxidation method have the advantages of strong binding force, wear resistance and corrosion resistance, and the problem that the steel anodic oxidation treatment is difficult in the prior art is solved.)

一种钢铁阳极氧化电解液及其阳极氧化方法

技术领域

本发明属于金属阳极氧化技术领域，具体涉及一种钢铁阳极氧化电解液及其阳极氧化方法。

背景技术

阳极氧化法是一种广为应用的金属表面处理技术，但是，阳极氧化法常常限于处理铝合金。随着技术的发展，也开发了镁合金、钛合金的阳极氧化技术。和铝合金一样，镁合金、钛合金也属于自钝化型金属，在空气中都能够生成致密氧化膜从而保护基体，这种金属很易于作阳极氧化处理，在外加电流的情况下易于生长较厚的氧化层。钢铁材料由于其自身电化学特性而很难作阳极氧化处理。铝合金阳极氧化处理常用硫酸或草酸的水溶液作为电解液，尤其以硫酸系电解液为主，在这样的电解液中，钢铁易蚀，很难生成氧化膜。因此，业界不对钢铁作阳极氧化处理。

铝合金阳极氧化膜具有诸如耐磨、耐蚀、绝缘等优良特性，因此常用作工程结构件或机械零件的表面功能性涂层；铝合金阳极氧化膜还可着色，因此可用作装饰涂层；此外，由于铝合金阳极氧化膜具有特殊的微米或纳米结构，如微孔或纳孔，因此可用于纳米材料领域，比如，可用作制备纳米材料的模板，也可用作分离膜。

钢铁材料含铁为主。铁金属和铝不一样，不属于自钝化型金属。铁在硫酸、磷酸等溶液中同样会失去电子变成铁离子，同样也会反应生成氧化物，但铁离子溶出过快，而且氧化物也易于溶解或是进一步反应，最终导致的结果是铁被腐蚀，而不是生成致密的保护性的氧化膜。

如果钢铁也能作阳极氧化处理，并能获得与铝合金阳极氧化膜类似的性能和应用，那将会对钢铁材料表面处理的发展大有裨益。

鉴于此，本发明旨在提供一种钢铁阳极氧化电解液及其阳极氧化方法。

发明内容

为了解决现有技术存在的很难对钢铁进行阳极氧化处理的问题，本发明在于提供一种钢铁阳极氧化电解液及其阳极氧化方法，在钢铁表面得到的氧化膜具有耐磨、耐蚀、与基体结合力强等特点。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种钢铁阳极氧化电解液，包括如下组分：0.2-1mol/L柠檬酸、0.01-0.15mol/L氟化铵、0.01-1g/L丙三醇、0.01-1g/L烷基酚聚氧乙烯醚和水。

优选地，所述的钢铁阳极氧化电解液，包括如下组分：0.7mol/L柠檬酸、0.08mol/L氟化铵、0.02g/L丙三醇、0.03g/L烷基酚聚氧乙烯醚和水。

优选地，所述的钢铁阳极氧化电解液，包括如下组分：0.6mol/L柠檬酸、0.05mol/L氟化铵、0.1g/L丙三醇、0.04g/L烷基酚聚氧乙烯醚和水。

优选地，所述的钢铁阳极氧化电解液，包括如下组分：0.2mol/L柠檬酸、0.15mol/L氟化铵、0.9g/L丙三醇、0.8g/L烷基酚聚氧乙烯醚和水。

本发明还提供一种采用所述的电解液的钢铁阳极氧化方法，包括如下步骤：

(1)表面预处理：依次对钢铁工件的表面进行打磨、抛光和清洗处理，然后吹干；

(2)阳极氧化处理：将步骤(1)预处理后的钢铁工件作为阳极，与阴极浸没于所述电解液中，阳极接电源正极，阴极接电源负极，进行阳极氧化处理。

优选地，步骤(1)中所述打磨采用砂纸进行打磨，所述抛光采用抛光机进行机械抛光处理，所述清洗采用去离子水清洗。

优选地，步骤(2)中所述阳极氧化在机械搅拌或气体搅拌的条件下进行，所述机械搅拌的速率为500-2500r/min。

优选地，所述阳极氧化的条件为：电压5-30V，时间5-60min，电解液温度0-25℃。阳极氧化的电压过高(>30V)，则腐蚀溶解速度会加快，钢铁工件表面形成的氧化膜容易溶解过快，难以增厚且不致密；若阳极氧化的电压过低(<5V)，则会不利于钢铁工件表面氧化膜的生长。阳极氧化的时间过长也会导致形成的氧化膜溶解，变得疏松。电解液温度过高，同样会导致氧化膜溶解过快，变得疏松。

优选地，步骤(2)中所述阴极为石墨板或铅板。

优选地，所述钢铁阳极氧化方法还包括对步骤(2)阳极氧化处理后的工件进行去离子水清洗并冷风吹干的步骤。

本发明的有益效果：

(1)本发明针对现有阳极氧化技术局限于铝合金而不能处理钢铁材料，提供了一种钢铁阳极氧化电解液，使得作阳极的钢铁材料置于该电解液中在电流作用下易于生成氧化膜，膜层生长速度大于溶解速度，利于膜层增厚。本发明电解液配方中的柠檬酸并非是现有技术中作为螯合剂的添加剂用，在不添加硫酸或磷酸的情况下，柠檬酸使得铁失去电子变成铁离子，并被氧化，且可以调节钢铁表面的氧化膜的氧化和溶解的进程，从而控制得到致密的氧化膜。

(2)本发明的钢铁阳极氧化电解液中，氟化铵的作用是其在水中电离为氟离子和氨根离子，氟离子对钢铁材料具有蚀刻的作用，通过加入量的控制可以实现阳极氧化进程的控制，同时还可蚀刻出一定形貌的微观结构。

(3)本发明的钢铁阳极氧化电解液中，丙三醇和烷基酚聚氧乙烯醚作为表面活性剂，其作用是起到了阳极极化的作用，在阳极氧化系统中，钢件置于阳极，丙三醇和烷基酚聚氧乙烯醚促进钢件阳极极化，减缓腐蚀溶解。

(4)本发明还提供了利用所述钢铁阳极氧化电解液对钢铁阳极氧化处理方法，通过控制阳极氧化的工艺参数，得到的钢铁表面氧化膜具有结合力强、耐磨、耐腐蚀的优点；同时该方法还具有操作简便，效果显著的特点。

附图说明

图1为实施例1所得Q235钢表面的阳极氧化膜的扫描电镜(SEM)图；

图2为实施例1中阳极氧化后的Q235钢和未阳极氧化的Q235钢的极化曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明，但不限于此。

实施例1：Q235钢的阳极氧化

电解液配方为如下：含0.7mol/L柠檬酸、0.08mol/L氟化铵、0.2g/L丙三醇、0.03g/L烷基酚聚氧乙烯醚的水溶液。

阳极氧化步骤：用砂纸打磨钢铁工件(本实施例为Q235钢)表面,利用抛光机对磨平表面作机械抛光处理,接着用去离子水清洗工件表面，冷风吹干。将经表面预处理的工件浸没于上述阳极氧化电解液中作阳极氧化处理。氧化电压20V，电解液温度20℃，机械搅拌1000r/min，氧化时间20min。阳极氧化结束后，用去离子水清洗工件表面，冷风吹干，得阳极氧化后的Q235钢。

将本实施例得到的阳极氧化后的Q235钢表面进行扫描电镜测试，如图1所示，可以看出，Q235钢表面形成的氧化膜致密无孔洞和裂纹。

将本实施例得到的阳极氧化后的Q235钢试样进行极化曲线测试，结果如图2所示，可以看出，与未进行阳极氧化处理的Q235钢相比，经阳极氧化处理后，Q235钢试样的腐蚀电位正移，自腐蚀电流密度变小，说明其腐蚀倾向变小，腐蚀速度变慢，耐腐蚀性能提高。

实施例2：45钢的阳极氧化

电解液配方为如下：含0.6mol/L柠檬酸、0.05mol/L氟化铵、0.1g/L丙三醇、0.04g/L烷基酚聚氧乙烯醚的水溶液。

阳极氧化步骤：用砂纸打磨钢铁工件(本实施例为45钢)表面,利用抛光机对磨平表面作机械抛光处理,接着用去离子水清洗工件表面，冷风吹干。将经表面预处理的工件浸没于阳极氧化电解液中作阳极氧化处理。氧化电压30V，电解液温度20℃，机械搅拌1200r/min，氧化时间50min。阳极氧化结束后，用去离子水清洗工件表面，冷风吹干，得到阳极氧化后的45钢。

实施例3：Q235钢的阳极氧化

电解液配方为如下：含0.2mol/L柠檬酸、0.15mol/L氟化铵、0.9g/L丙三醇、0.8g/L烷基酚聚氧乙烯醚的水溶液。

阳极氧化步骤：用砂纸打磨钢铁工件(本实施例为Q235钢)表面,利用抛光机对磨平表面作机械抛光处理,接着用去离子水清洗工件表面，冷风吹干。将经表面预处理的工件浸没于上述阳极氧化电解液中作阳极氧化处理。氧化电压10V，电解液温度10℃，机械搅拌2000r/min，氧化时间5min。阳极氧化结束后，用去离子水清洗工件表面，冷风吹干，得阳极氧化后的Q235钢。

对比例1：Q235钢的阳极氧化

电解液配方同实施例1。

阳极氧化步骤与实施例1基本相同，不同之处在于：氧化电压35V。结果得到的Q235钢表面的氧化膜很薄，且分布有孔洞。

对比例2：Q235钢的阳极氧化

电解液配方同实施例1。

阳极氧化步骤与实施例1基本相同，不同之处在于：氧化电压3V。结果得到的Q235钢表面的氧化膜很薄，不完整，且分布有孔洞。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。