微弧氧化陶瓷膜的封閉處理方法
2023-05-01 04:33:46 1
專利名稱：微弧氧化陶瓷膜的封閉處理方法
技術領域：
本發明屬於材料表面處理技術領域，涉及一種封閉處理方法，具體涉及一種微弧氧化陶瓷膜的封閉處理方法。
背景技術：
微弧氧化是將Al、Mg、Ti、Ta、Nb等閥金屬及其合金置於一定的電解液體系中，利用電化學方法，使材料表面產生火花放電，在熱化學、等離子體化學和電化學的共同作用下，在閥金屬表面生成陶瓷膜層的方法。這樣得到的膜層，其耐磨、耐腐蝕、耐高溫衝擊等性能均明顯高於傳統陽極氧化膜。其顯微硬度最高可達2000Hv，厚度可達200-300 μ m且與基體呈冶金結合。微弧氧化過程中微等離子弧不斷的產生熄滅，微弧放電的通道(微孔)部分會殘留下來。另外，微等離子弧雖然存續時間極短但其溫度卻高達8000K，熔融的氧化物在電解液的激冷下迅速凝固，產生較大的應力，在膜層中形成一些微裂紋，使得微弧氧化膜層存在一定的孔隙率。這些微孔及微裂紋就成為膜層的薄弱環節，致使微弧氧化膜層的耐蝕性大打折扣，在腐蝕環境中，腐蝕介質會沿著這些缺陷到達基體，導致基體腐蝕。海洋環境中的Cl-半徑非常小，只有0. 18nm，具有非常強的穿透力，因此，必須採用合適的封閉劑和封閉方法對膜層進行封閉處理。封閉後的微弧氧化膜層微孔尺寸及孔隙率大大減少，從而提高了氧化膜層的防汙染、抗蝕等性能。例如，常用的水合封閉是在80度以上的中性水中， 氧化鋁與水化合成勃姆體型的水合氧化鋁，由於水合氧化鋁的密度(3014kg/m3)比氧化鋁 (3420kg/m3)的體積增大30%左右，堵塞了氧化膜的孔隙；又如，在金屬鹽溶液中封閉，既發生氧化膜的水合反應，又存在著鹽類水解生成氫氧化物或是金屬離子與某些陰離子反應生成新的金屬絡合物在膜孔隙中沉澱析出的過程，它們共同作用使孔隙封閉。水合封閉普遍用於鋁合金型材陽極氧化後的封閉，缺點是能源成本較高、封孔速度慢、尤其是水質要求高。金屬鹽溶液封閉所採用的重鉻酸鉀、乙酸鎳、氟化鎳等都含重金屬離子，廢液需處理才能排放，否則會對環境造成不同程度的汙染。另外，由於鋁銅合金耐蝕性較差，在苛刻的腐蝕環境下使用時，採用上述封閉方法難以滿足要求。
發明內容
本發明的目的是提供一種微弧氧化陶瓷膜的封閉處理方法，所採用的有機矽材料化學穩定性好，無毒副作用，安全無汙染，封閉後的膜層耐蝕性能大幅提高。適用於對耐蝕性能要求嚴格的鋁合金微弧氧化部件的封閉。本發明所採用的技術方案是，微弧氧化陶瓷膜的封閉處理方法，具體按照以下步驟實施步驟1 用丙酮對待封閉的鋁合金微弧氧化試樣表面去汙除油，再採用50°C -60°C 蒸餾水超聲震動清洗；步驟2 真空浸滲，將步驟1得到的清洗乾淨的 鋁合金微弧氧化試樣放入耐壓容器內，密封，抽真空，注入封閉劑淹沒試樣，解除真空，利用大氣壓將封閉劑壓入微弧氧化膜層微孔內；步驟3 將步驟2得到的浸滲後的試樣放入保溫爐中保溫，完成封閉處理。本發明的特點還在於，其中的鋁合金微弧氧化試樣採用ZL101A、ZL205A、AZ61、ZM5或TC4。其中的步驟2中的抽真空，真空度為10-4-10_2MPa。其中的步驟2中的封閉劑由有機矽原液與質量濃度為95%以上的酒精按照 5 1-10 1的質量比攪拌混合均勻而成。其中的步驟3中的保溫，溫度為120°C _150°C，保溫時間為15-30min。本發明的有益效果是，1.大幅提高微弧氧化膜層的耐磨耐蝕性能。微弧氧化膜層孔隙率的大小直接影響到膜層耐腐蝕性能的好壞。微弧氧化膜層形成過程中，產生的微裂紋以及微等離子弧放電留下的部分通道會殘留下來，使得微弧氧化膜層存在一定的孔隙率。在腐蝕環境中，腐蝕介質會沿著這些通道到達基體，導致基體腐蝕。海洋環境中的Cl-半徑非常小，只有0. 18nm，具有非常強的穿透力，因此，採用合適的封閉劑和封閉方法有效地降低氧化膜層孔隙率，可有效提高膜層的耐蝕性，封閉效果的好壞是決定膜層耐蝕性能的關鍵因素之一。通過浸滲封閉技術可大幅提高膜層的緻密性，有效降低微弧氧化膜層因固有的孔隙引發的腐蝕傾向。2.有效降低氧化膜層的沾染性，提高氧化膜層的電絕緣性能。微弧氧化膜層具有一定的孔隙率，而這些孔隙容易吸附外環境中的物質，導致膜層表面汙染，而且在這些微孔處易發生電擊穿，通過浸滲封閉處理，有效防止膜層表面汙染，提高其電絕緣性能。3.提高膜層韌性。封閉劑充填到膜層的孔隙及裂紋中並固化，可有效防止裂紋的擴展，對陶瓷膜層起到了一定的增韌強化效果。
圖1是封閉前後膜層表面掃描電鏡照片對比；圖2是經真空浸滲封閉與塗覆封閉微弧氧化試樣天然海水浸泡60天的腐蝕情況對比。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明進行詳細說明。本發明微弧氧化陶 瓷膜的封閉處理方法，具體按照以下步驟實施步驟1 用丙酮對待封閉的鋁合金微弧氧化試樣表面去汙除油，再採用50°C -60°C 蒸餾水超聲震動清洗。微弧氧化試樣採用ZL101A、ZL205A、AZ6UZM5或TC4等材料製得。步驟2 真空浸滲，將步驟1得到的清洗乾淨的鋁合金微弧氧化試樣放入耐壓容器內，密封，抽真空，使真空度達到10_2-10_4MPa，注入封閉劑淹沒全部零件，解除真空，利用大氣壓將封閉劑壓入膜層微孔內，或再充氣加壓，進一步提高浸滲效果。封閉劑由有機矽原液與質量濃度為95%以上的酒精按照5 1-10 1的質量比攪拌混合均勻而製成。步驟3 將步驟2得到的浸滲後的試樣放入保溫爐中在120°C _150°C下保溫 15_30min。以下從原理方面對本發明進行說明 1、有機矽具有表面張力低、粘溫係數小、氣體滲透性高等基本性質，並具有耐高低溫、電氣絕緣、耐氧化穩定性、耐候性、難燃、憎水、耐腐蝕、無毒無味以及生理惰性等優異特性，用作封閉劑主要成分可獲得良好的封閉效果且使用安全。本發明採用的封閉劑為有機矽原液與濃度為95%以上的酒精按照5 1-10 1的質量比攪拌混合均勻製備而成浸滲齊U。封閉劑中酒精含量過高則封閉劑粘度小，流動性好，在固化前易從孔隙中流出；酒精含量過小則封閉劑粘度，不易滲入孔隙及裂紋中。因此，超出上述比例範圍則封閉效果難以保證。2、浸滲時的真空度可在10_2_10_4MPa範圍內選擇，真空度過低浸滲效果不好，過高的真空度抽真空耗時長，成本高。3、將浸滲後的試樣放入保溫爐中在120°C _150°C下保溫15-30min，溫度過高會使部分有機矽發生分解；溫度過低則不能充分固化。4、圖1是封閉前後膜層表面掃描電鏡照片對比；從圖中封閉前後膜層表面的圍觀形貌對比可以看出，封閉後膜層表面孔隙及微裂紋幾乎完全被固化的有機矽填充，從而可有效阻止腐蝕介質對鋁合金基體的腐蝕。圖2是經真空浸滲封閉與塗覆封閉的微弧氧化試樣天然海水浸泡60天後的腐蝕情況對比。圖中的鋁合金微弧氧化試樣左邊的是經真空浸滲封閉處理，右邊是直接用有機矽封閉劑塗覆封閉的，兩試樣經天然海水浸泡60天後的表面狀態，試樣表面的白色斑點是腐蝕產物。可以看出採用真空浸滲封閉的試樣幾乎沒有發生耐蝕，而直接塗覆封閉處理的試樣點蝕現象明顯。從圖1中封閉前後膜層表面的微觀形貌對比可以看出，封閉後膜層表面孔隙及微裂紋幾乎完全被固化的有機矽填充。從圖2可以看出採用真空浸滲封閉的試樣耐蝕性能明顯優於直接塗覆封閉處理的試樣。實施例1ZLlOlA微弧氧化試樣60 X 40 X 5mm，膜厚約35 μ m，去汙除油。有機矽封閉劑配置將有機矽原液與95%以上的酒精按照10 1的質量比攪拌混合均勻。真空浸滲試樣放入耐壓容器內密封，抽真空，真空度10_4MPa，注入封閉劑淹沒全部零件，解除真空，利用大氣壓將封閉劑壓入膜層微孔內，再重複操作一次。加熱固化將浸滲後的試樣放入保溫爐中在150°C下保溫20min。實施例2ZL205A微弧氧化試樣60 X 40 X 5mm，膜厚約35 μ m，去汙除油。有機矽封閉劑配置 將有機矽原液與95%以上的酒精按照10 1的質量比攪拌混合均勻。真空浸滲試樣放入耐壓容器內密封，抽真空，真空度5X10_3MPa，注入封閉劑淹沒全部零件，解除真空，利用大氣壓將封閉劑壓入膜層微孔內，再重複操作一次。加熱固化將浸滲後的試樣放入保溫爐中在150°C下保溫15min。
實施例3 AZ61微弧氧化試樣60 X 40 X 5mm,膜厚約35 μ m,去汙除油。有機矽封閉劑配置將有機矽原液與95%以上的酒精按照8 1的質量比攪拌混合均勻。真空浸滲試樣放入耐壓容器內密封，抽真空，真空度10_2MPa，注入封閉劑淹沒全部零件，解除真空，利用大氣壓將封閉劑壓入膜層微孔內，再重複操作一次。加熱固化將浸滲後的試樣放入保溫爐中在130°C下保溫20min。實施例4ZM5微弧氧化試樣60 X 40 X 5mm,膜厚約35 μ m,去汙除油。有機矽封閉劑配置將有機矽塗料與95%以上的酒精按照10 1的質量比攪拌混合均勻。真空浸滲試樣放入耐壓容器內密封，抽真空，真空度10_3MPa，注入封閉劑淹沒全部零件，解除真空，利用大氣壓將封閉劑壓入膜層微孔內，再重複操作一次。加熱固化將浸滲後的試樣放入保溫爐中在140°C下保溫18min。實施例5TC4微弧氧化試樣60 X 40 X 5mm,膜厚約35 μ m,去汙除油。有機矽封閉劑配置將有機矽塗料與95%以上的酒精按照6 1的質量比攪拌混合均勻。真空浸滲試樣放入耐壓容器內密封，抽真空2X10—3注入封閉劑淹沒全部零件， 解除真空，利用大氣壓將封閉劑壓入膜層微孔內，再重複操作一次。加熱固化將浸滲後的試樣放入保溫爐中在120°C下保溫30min。
權利要求
1.微弧氧化陶瓷膜的封閉處理方法，其特徵在於，具體按照以下步驟實施步驟1 用丙酮對待封閉的鋁合金微弧氧化試樣表面去汙除油，再採用50°c -60°c蒸餾水超聲震動清洗；步驟2 真空浸滲，將步驟1得到的清洗乾淨的鋁合金微弧氧化試樣放入耐壓容器內， 密封，抽真空，注入封閉劑淹沒試樣，解除真空，利用大氣壓將封閉劑壓入微弧氧化膜層微孔內；步驟3 將步驟2得到的浸滲後的試樣放入保溫爐中保溫，完成封閉處理。
2.根據權利要求1所述的微弧氧化陶瓷膜的封閉處理方法，其特徵在於，所述的步驟1 中的鋁合金微弧氧化試樣採用ZLlO 1A、ZL205A、AZ61、ZM5或TC4。
3.根據權利要求1所述的微弧氧化陶瓷膜的封閉處理方法，其特徵在於，所述的步驟2 中的抽真空，真空度為10-4-10_2MPa。
4.根據權利要求1所述的微弧氧化陶瓷膜的封閉處理方法，其特徵在於，所述的步驟2 中的封閉劑由有機矽原液與質量濃度為95%以上的酒精按照5 1-10 1的質量比攪拌混合均勻而成。
5.根據權利要求1所述的微弧氧化陶瓷膜的封閉處理方法，其特徵在於，所述的步驟3 中的保溫，溫度為120°C _150°C，保溫時間為15-30min。
全文摘要
本發明公開的微弧氧化陶瓷膜的封閉處理方法，首先用丙酮對待封閉的鋁合金微弧氧化試樣表面去汙除油，再採用50℃-60℃蒸餾水超聲震動清洗；接著採用有機矽原液與質量濃度為95％以上的酒精真空浸滲；最後放入保溫爐中保溫，完成封閉處理。本發明微弧氧化陶瓷膜的封閉處理方法，能夠大幅提高微弧氧化膜層的耐磨耐蝕性能，有效降低氧化膜層的沾染性，提高氧化膜層的電絕緣性能，提高膜層韌性。
文檔編號C25D11/18GK102330139SQ20111028840
公開日2012年1月25日 申請日期2011年10月27日 優先權日2011年10月27日
發明者張鏡斌, 楊豔, 王偉, 穆燿釗 申請人:中國船舶重工集團公司第十二研究所