鋁合金表面自修復微弧氧化複合陶瓷膜層的製備方法與流程

2023-05-30 17:48:06 1

本發明涉及鋁合金的表面處理技術領域，具體涉及一種鋁合金表面自修復微弧氧化複合陶瓷膜層的製備方法。

背景技術：

鋁及其合金因質量輕、比強度高、導熱性好及易加工等特性被廣泛應用於航空、航天、軍事及民用等領域，然而鋁合金表面硬度低、易磨損、耐腐蝕性差等缺陷限制了其進一步的應用，因此對鋁合金表面進行強化處理以改善其摩擦學性能具有非常重要的意義。現有的鋁合金表面處理技術主要有化學轉化法、電鍍法以及陽極氧化法，但上述三種鋁合金表面處理技術均存在工藝複雜，反應條件苛刻，膜層均勻性差、脆性大、易剝落，或嚴重汙染環境等缺陷。

技術實現要素：

本發明針對以上問題的提出，而研究設計一種鋁合金表面自修復微弧氧化複合陶瓷膜層的製備方法。本發明採用的技術手段如下：

一種鋁合金表面自修復微弧氧化複合陶瓷膜層的製備方法，包括以下步驟：

a.對鋁合金基體進行預處理，去除表面氧化層，超聲清洗30-60min，取出後衝洗乾淨並乾燥；

b.將六偏磷酸鈉和蛇紋石納米顆粒加入電解液中並進行分散；

c.將鋁合金基體置於分散有蛇紋石納米顆粒的電解液中作為陽極，採用脈衝電源進行微弧氧化；

分散有蛇紋石納米顆粒的電解液的組成成分包括：矽酸鈉8g/l、鎢酸鈉5g/l、氫氧化鉀2.5g/l、edta2g/l、六偏磷酸鈉200-600mg/l、蛇紋石納米顆粒5-10g/l，所述電解液的溶劑為去離子水；

微弧氧化的電參數為：正向電壓400-450v，負向電壓100-150v，頻率100-500hz，正向佔空比20％，負向佔空比20％，正負脈衝比1:1。

進一步地，微弧氧化的溫度為30℃以下，時間為30-60min。

進一步地，所述蛇紋石納米顆粒的製備方法為：先通過顎式破碎機將塊狀蛇紋石原料粉碎至微米級，再通過高速球磨機精磨48-72小時至納米級。

進一步地，微弧氧化的陽極為鋁合金基體，陰極為不鏽鋼電解槽。

進一步地，所述六偏磷酸鈉在電解液中的濃度為200-600mg/l。

與現有技術比較，本發明所述的鋁合金表面自修復微弧氧化複合陶瓷膜層的製備方法具有以下優點：

1、通過該方法可以在鋁合金基體表面原位生長陶瓷層，且膜層厚度可控，可以根據實際需要製備所需厚度的膜層，基本可以保留試樣原始尺寸從而不影響摩擦副的尺寸配合。

2、通過該方法製備的得到的自修復微弧氧化複合陶瓷膜層非常質密，且硬度高，顯微硬度可達一千以上。

3、通過該方法製備的得到的自修復微弧氧化複合陶瓷膜層耐腐蝕性好。

4、通過該方法製備的得到的自修復微弧氧化複合陶瓷膜層耐磨，而且在與鐵基金屬摩擦副的摩擦磨損過程中具有減磨和對鐵基金屬的自修復功能。

附圖說明

圖1是本發明實施例所述的蛇紋石複合微弧氧化膜的表面形貌圖。

圖2是本發明實施例所述的蛇紋石複合微弧氧化膜的截面形貌圖。

圖3是通過200mg/l六偏磷酸鈉分散和表面改性之後的蛇紋石納米顆粒的粒度分布圖。

圖4是傳統鋁合金微弧氧化膜層的元素組成成分圖。

圖5是本發明實施例所述的蛇紋石複合微弧氧化膜的元素組成成分圖。

圖6是傳統鋁合金微弧氧化膜層與本發明實施例所述的蛇紋石複合微弧氧化膜的硬度對比圖。

圖7是傳統鋁合金微弧氧化膜層與本發明實施例所述的蛇紋石複合微弧氧化膜的相成分對比圖。

圖8是傳統鋁合金微弧氧化膜層與本發明實施例所述的蛇紋石複合微弧氧化膜在進行摩擦磨損試驗時的摩擦係數對比圖。

具體實施方式

一種鋁合金表面自修復微弧氧化複合陶瓷膜層的製備方法，包括以下步驟：

a.對鋁合金基體進行預處理，去除表面氧化層，超聲清洗30-60min，取出後衝洗乾淨並晾乾，具體處理方法為，將鋁合金基體進行預磨和拋光，除去試樣表面氧化層，然後將鋁合金基體放入丙酮中進行超聲清洗大約30-60分鐘，以除去試樣表面的油汙與灰塵，取出試樣後用無水乙醇衝洗乾淨，晾乾後備用。

b.將六偏磷酸鈉和蛇紋石納米顆粒加入電解液中並進行分散，可以通過超聲震蕩的方式對蛇紋石納米顆粒進行分散，所述蛇紋石納米顆粒的製備方法為：先通過顎式破碎機將塊狀蛇紋石原料粉碎至微米級，再通過高速球磨機精磨48-72小時至納米級，六偏磷酸鈉作為分散劑和修飾擠，防止蛇紋石納米顆粒在電解液中發生團聚，保證蛇紋石納米顆粒的粒徑在合理範圍內。

c.將鋁合金基體置於分散有蛇紋石納米顆粒的電解液中作為陽極，採用脈衝電源進行微弧氧化，製成蛇紋石複合微弧氧化膜；分散有蛇紋石納米顆粒的電解液的組成成分包括：矽酸鈉8g/l、鎢酸鈉5g/l、氫氧化鉀2.5g/l、edta2g/l、六偏磷酸鈉200-600mg/l、蛇紋石納米顆粒5-10g/l，所述電解液的溶劑為去離子水，配置好的電解質溶液需經磁力攪拌30min超聲60min以保證電解質充分溶解均勻，蛇紋石微納米顆粒充分分散。微弧氧化的電參數為：正向電壓400-450v，負向電壓100-150v，頻率100-500hz，正向佔空比20％，負向佔空比20％，正負脈衝比1:1。微弧氧化的溫度為30℃以下，時間為30-60min。微弧氧化的陽極為鋁合金基體，陰極為不鏽鋼電解槽。

如圖1和圖2所示，通本實施例所述方法製備得到的蛇紋石複合微弧氧化膜表面光滑，厚度均勻，與鋁合金基體結合良好而且非常質密。如圖3及下表所示，蛇紋石微納米顆粒粒度均勻分布在250-445nm之間，已經達到微納米級別，且在電解液中穩定存在。如圖4和圖5所示，傳統鋁合金微弧氧化膜層主要元素成分為o和al元素，而si和mg元素含量很低。相比傳統鋁合金微弧氧化陶瓷層，本實施例所述方法製備得到的蛇紋石複合微弧氧化膜中的si和mg元素含量明顯提升，而mg元素在本發明所述方法中的唯一來源是蛇紋石微納米顆粒，對比si和mg元素含量的同時升高，可以認為本發明所述方法製備得到的蛇紋石複合微弧氧化膜中的si和mg元素含量的提高是由於蛇紋石微納米顆粒進入到膜層的原因。如圖6所示，通過微弧氧化試驗可以大幅度提高鋁合金表面硬度，而採用本發明所述方法製得的蛇紋石複合微弧氧化膜硬度高於傳統鋁合金微弧氧化陶瓷層，即本發明所述方法製得的蛇紋石複合微弧氧化膜耐磨性更好。如圖7所示，傳統鋁合金微弧氧化膜層的主要成分為α氧化鋁和γ氧化鋁，而本實施例出現了新的相成分矽酸鎂和二氧化矽，這是蛇紋石微納米顆粒在微弧氧化試驗中，鋁合金表面熔融態的氧化物使得蛇紋石微納米顆粒發生了脫羥基反應和高溫變相轉變生成的產物複合到膜層中的緣故。如圖8所示，本實施例所述的方法製備得到的蛇紋石複合微弧氧化膜在摩擦磨損過程中的摩擦係數明顯低於傳統鋁合金微弧氧化膜層，即本實施例所述方法製得的蛇紋石複合微弧氧化膜耐磨性更好，結合圖4至圖7說明本實施例所述方法製得的蛇紋石複合微弧氧化膜中的蛇紋石高溫變相和脫羥基反應後的產物在摩擦磨損過程中起到了減磨的作用，這與蛇紋石微納米粉體具有減磨和自修復的性質吻合。

以上所述的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，並非對本發明的範圍進行限定，在不脫離本發明設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本發明的技術方案做出的各種變形和改進，均應落入本發明權利要求書確定的保護範圍內。