[发明专利]铝合金表面自润滑复合材料的制备工艺

说明书

技术领域

本方明涉及一种铝合金表面自润滑复合材料的制备工艺，属于材料工程技术领域。

背景技术

目前，铝制材料由于具有高的比强度和优异的耐蚀性使得其在诸如汽车、航空航天工业和其他高技术产业中得到了非常广泛的应用。然而，作为机械部件材料，铝制材料的严重弱点是质软、摩擦系数高、磨损大，容易拉伤且难以润滑，限制了其在摩擦领域的应用。

铝合金进行阳极氧化后，表面会生成均匀、规则的多孔氧化铝膜，近年来，铝阳极氧化膜的微观多孔性引起了大家广泛的关注，在其微孔中填充不同物质可以制备具有各种表面性能的新型复合材料，表面自润滑复合材料就是其中一种具有广泛发展前景的表面复合材料。经文献检索发现，薛群基等人在《表面工程》，1997：35(2)P7撰文“铝制材料的摩擦学表面改性”，该文提出现已开发的自润滑铝阳极氧化复合膜的制备工艺主要有以下几种：①润滑油脂含浸法，分为热含浸法和真空含浸法两种，工艺简单，适用于填充液态的润滑油脂，但对于固体润滑剂，由于粒度较大，采用该工艺不能填充到氧化膜的微孔中；②特弗拉姆加工法，是一种在多孔膜中挤压浸渍PTFE的技术，由于采用挤压的方法，使得工件容易变形，特别是一些较小的工件，并且该方法对工件内壁及一些复杂工件的填充并无显著效果；③电泳沉积法，利用含固体润滑剂粉粒的分散液在电场作用下的电泳特性，使固体润滑剂粉粒在作为电极的多孔阳极氧化膜表面沉积成膜；但试验发现：由于固体润滑剂粉粒粒径一般都远比阳极氧化膜微孔的孔径大，所以润滑物质实际上很难填充到多孔阳极氧化膜中；④原位合成法，是一种在特定的溶液中，通过二次或三次电解，利用电极反应在氧化膜的微孔中原位合成润滑性物质的方法，但该技术在性能上也存在一定问题。

上述方法由于氧化膜为纳米级微孔尺寸，限制了润滑剂的填充有效性和广泛性。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种铝合金表面自润滑复合材料的制备工艺，旨在有效降低表面复合材料的摩擦系数，提高材料表面的摩擦学性能。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

铝合金表面自润滑复合材料的制备工艺，具体包括以下步骤——

①首先采用复合电解液，在电压130～150V、温度5～18℃下对铝质材料进行1～3.5h的阳极氧化，制备出具有高硬度、大孔径、膜层厚的氧化铝模板；

②采用超声波与机械搅拌相结合的方法将含有润滑颗粒的填充乳液进行充分的搅拌，再采用负压浸渍和热浸渍相结合的填充工艺将润滑颗粒填充到氧化铝模板的氧化膜微孔中，即在绝对压力40Pa～100Pa的条件下浸渍15～60min，负压浸渍后热浸渍25～50min；

③真空热处理使润滑颗粒与氧化铝模板的氧化膜微孔完全融合，即在绝对压力低于1×10^-2Pa下，于温度330℃～390℃保温30min～120min；保温后，随炉冷却，制备出铝合金表面自润滑复合材料。

进一步地，上述的铝合金表面自润滑复合材料的制备工艺，步骤①中复合电解液由磷酸、草酸及柠檬酸复配而成，磷酸的浓度为40g/L、草酸的浓度为27g/L，柠檬酸浓度为5g/L。

更进一步地，上述的铝合金表面自润滑复合材料的制备工艺，步骤②所述采用超声波与机械搅拌相结合的方法对含有润滑颗粒的填充乳液进行搅拌，是指先以380rpm/min以上的转速对含有润滑颗粒的填充乳液进行机械搅拌10min以上，再采用40KHz的频率超声搅拌30～90min。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

通过配制阳极氧化复合电解液并利用阳极氧化工艺，制备出高硬度、大孔径、膜层厚的氧化铝模板，无需对模板进行扩孔处理即可满足后续润滑颗粒的填充要求。采用负压浸渍和热浸渍相结合的填充和真空热处理工艺，将润滑颗粒有效地填充到氧化膜微孔中，使自润滑涂层与阳极氧化膜具有良好的结合力，使材料表面具有高硬度、耐磨及低摩擦的良好特性，未经自润滑表面处理的试样摩擦系数为0.5～0.8，经过处理后摩擦系数可降低为0.13～0.25，且具有很长的自润滑寿命。与现有技术相比，本发明不仅降低表面复合材料的摩擦系数，提高材料表面的摩擦学性能，而且还可对各种润滑剂进行有效填充，适用范围广、操作方便，还能针对工件特殊要求有效填充工件内壁及复杂工件，市场前景广阔。

具体实施方式