[发明专利]一种铝合金表面陶瓷涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种陶瓷涂层的制备，特别涉及一种铝合金表面陶瓷涂层的制备方法。 

背景技术

铝及铝合金虽然具有许多优点，并已得到了广泛应用，但由于铝的电极电位较低，当暴露在潮湿环境中或者与高电位金属接触时，极容易发生接触腐蚀。此外在铝合金制造过程中，由于添加各种元素以追求高的力学性能和其他方面的综合性能，使得铝合金内部化学成分和组织不均匀，再加上热处理以及加工过程中残余应力的存在，使得铝合金材料在使用环境中极易造成微电池腐蚀。而且在铝合金的使用环境中，不可避免的存在着潮湿空气，这些潮湿空气会使铝合金表面形成水膜，更为严重的是，若潮湿空气中存在一定含量的酸性物质，在这种情况下，铝合金材料更为容易发生点蚀、应力腐蚀、晶间腐蚀、剥落腐蚀等形式的破坏。为了克服铝合金表面性能方面的缺点，扩大应用范围，延长使用寿命，表面处理技术是铝合金使用中不可缺少的一环。 

微弧氧化(micro-arc oxidation，MAO)技术是一种新兴的材料表面陶瓷化技术，它是在普通阳极氧化的基础上，利用弧光放电增强并激活在阳极上发生的反应，从而在铝、钛、镁金属及其合金表面形成陶瓷氧化膜。该技术工艺简单，生成的氧化膜均匀致密，与基体结合强度高，能够大幅度提高阀金属的力学性能，在汽车、航空航天、电子和机械等行业中均有巨大的应用前景。在微弧氧化过程中，作为阳极的阀金属被浸入到水溶液中，而不锈钢电解槽作为阴极，将Al、Mg、Ti等阀金属浸在一定浓度的电解质溶液中，当施以较高的电压(阳极电压通常为150~1000V，阴极电压通常为0~100V)和较大的电流时，非常薄的一层阳极氧化膜很快在阀金属表面形成。而当阳极电压高于一定的值(U_B)后，最初的阳极氧化膜被击穿且出现微区弧光放电现象，瞬间在试样表面形成超高温区域(10³-10⁴K)，导致氧化物以及基体金属被熔融甚至气化。熔融物与电解液接触后，由于电解液温度较低而形成陶瓷膜层。由于膜层的击穿总是发生在弱的区域，最后形成的等离子电解氧化涂层通常是均匀的。 

近几年来，利用铝微弧氧化技术对铝合金进行表面改性的报道不断增多，显示了广阔的应用前景，国内外均有报道。总的来说，微弧氧化技术在铝合金改性方面的研究分为两部分：一方面为非电参数，如基底合金、电解液成分和添加剂等；另一方面是电参数，如电源类型、电压、电流密度、频率、占空比等。 

目前对于铝合金表面微弧氧化膜层的制备主要采用硅酸盐、磷酸盐、铝酸盐、氟化物等 电解液体系，但对于采用以可溶性醋酸盐（AcNa）为主成膜剂的电解液体系，研究较少。可溶性醋酸盐形成的电解液呈弱碱性，是一种新型环保的电解液体系。同时，在微弧氧化反应过程中，它可以产生气体，带走大量反应热，从而有效降低电解液温度。 

发明内容

本发明的目的是克服上述不足，而提供一种铝合金表面陶瓷涂层的制备方法，探究适合的电解液配方，然后在优化电解液体系中进一步优化电参数，制得了性能优良的陶瓷涂层。 

本发明采取的技术方案为： 

一种铝合金表面陶瓷涂层的制备方法，包括步骤如下： 

（1）配制电解液：向去离子水中添加可溶性的醋酸盐和可溶性的钨酸盐、甘油，并选择性地添加氢氧化钾、硼酸中的一种或两种或者不添加，制备以可溶性醋酸盐为主成膜剂的电解液； 

（2）基体材料的制备：将铝合金打磨光滑，用丙酮去除铝合金表面的油脂，然后再在酒精中超声波清洗，晾干待用； 

（3）将步骤（2）处理的铝合金置于步骤（1）得的电解液中作为正极，不锈钢槽作为负极，通冷却水循环保持电解液温度控制在5~60℃，采用微弧氧化电源供电，电源频率范围100~600Hz，正占空比10~50%，负占空比0~50%，正负脉冲数之比为1:0或1:1，在恒压模式下通电反应5~60min； 

（4）取出经步骤（3）处理后的铝合金水洗，干燥即可。 

上述制备方法中步骤（1）所述的可溶性醋酸盐为AcNa或AcK。 

步骤（1）所述的可溶性钨酸盐为Na₂WO₄或K₂WO₄。 

所述的电解液配方为：可溶性醋酸盐的浓度为5～20g/L，钨酸盐添加剂的浓度为0.5～10g/L，KOH的浓度为0~5g/L，H₃BO₄的浓度为0~5g/L，甘油的体积分数为5%~20%。