[发明专利]一种钢基材料表面的Al2O3涂层制备方法

权利要求书

1.一种钢基材料表面的Al₂O₃涂层制备方法，其特征在于实现步骤如下：

(1)对钢基体工件进行表面清洁处理后，在AlCl₃-NaCl-KCl无机熔盐电镀液中，采用电镀的方法在钢基体表面制备一层均匀致密、与钢基体结合良好的Al镀层；

(2)将镀铝后的钢基体工件放在惰性气体氛围保护的热处理室中进行热处理；

(3)将经过步骤(2)热处理后的镀铝钢基体工件放在NaOH电解液中，对Al镀层进行等离子体氧化制得结晶化的陶瓷质Al₂O₃涂层。

2.根据权利要求1所述的钢基材料表面的Al₂O₃涂层制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的AlCl₃-NaCl-KCl无机熔盐电镀液的最佳组成成分为：AlCl₃质量分数70％～90％，NaCl质量分数5％～14％，KCl质量分数5％～14％，添加剂四甲基氯化铵(TMA)的质量分数0～2％。

3.根据权利要求1所述的钢基材料表面的Al₂O₃涂层制备方法，其特征在于：所述步骤(1)电镀前先将钢基体浸在熔融盐中5～15分钟以活化表面，随后电抛光0.1～5分钟进一步活化表面，最后正式开始电镀铝，Al镀层的厚度根据涂层性能要求由电镀时间调节控制。

4.根据权利要求1所述的钢基材料表面的Al₂O₃涂层制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中电镀操作温度为120～250℃，电镀的电流波形为周期换向方波双脉冲，初始时电抛光过程的电流密度控制在20mA/cm²以下，正式电镀过程的电流密度为5～200mA/cm²。

5.根据权利要求1所述的钢基材料表面的Al₂O₃涂层制备方法，其特征在于：所述步骤(1)电镀过程中采用机械搅拌的方式对电镀液进行搅拌以促进电镀液成分浓度扩散。

6.根据权利要求1所述的钢基材料表面的Al₂O₃涂层制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的热处理温度为400～760℃，热处理时间为5～30h。

7.根据权利要求1所述的钢基材料表面的Al₂O₃涂层制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中电解液的NaOH浓度控制在1％以下，PH值9～13，采用循环对流的冷却方式使氧化过程中电解液的温度控制在20～60℃。

8.根据权利要求1所述的钢基材料表面的Al₂O₃涂层制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中Al₂O₃陶瓷层的厚度根据涂层应用性能要求在2～600μm范围内可控调节，同时在Al₂O₃陶瓷层和钢基体之间预留厚度为1～200μm的Al镀层作过渡层并实现涂层的自修复功能。

9.根据权利要求1所述的钢基材料表面的Al₂O₃涂层制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中氧化过程可采用控制电流法或控制电压法进行。

10.根据权利要求1所述的钢基材料表面的Al₂O₃涂层制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的钢基体为所有钢基材料，包括普通工业行业常用的奥氏体钢及核能系统使用的低活化铁素体/马氏体钢(RAFM钢)和T91钢。