[发明专利]一种铝合金表面单层微弧氧化陶瓷膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及铝合金表面处理技术领域，具体涉及一种铝合金表面单层微弧氧化陶瓷膜的制备方法。

背景技术

微弧氧化(Plasma Electrolytic Oxidation或Micro-arc Oxidation)是一种在金属表面原位生长陶瓷性氧化膜的制备技术，是一种特殊的阳极氧化，是现阶段提高铝合金等有色金属的耐腐蚀性能最为有效的手段之一。由于采用较高的电压，氧化过程除发生电化学反应外，还包括等离子化学、热化学反应，伴随有等离子微弧放电现象。正是由于等离子体放电所造成的局部高温高压烧结作用，使所形成的氧化膜具有晶态的陶瓷性结构。该氧化膜结合力优良，并且硬度、耐磨性以及强度较高。然而，由于成膜时的等离子烧结特性及氧化膜中相结构等原因所致，传统铝合金微弧氧化膜是一种孔隙较大(微米级)的疏松多孔结构，大大影响其防护能力。因此，研究与改善氧化膜的致密性是铝合金微弧氧化技术发展的核心任务。

现行的铝合金微弧氧化陶瓷膜一般为双层微弧氧化陶瓷膜，由外层疏松层和内层致密层组成。一般情况下，外层疏松层厚度要占到整个微弧氧化膜厚度的1/4-1/3，并由非晶态氧化物和其他非晶相物质组成；该层的微观结构缺陷较多，孔隙率较大，硬度低，耐磨性较差，与内层结合力差，表面很粗糙Ra值一般都在8.0以上。因此，在实际应用中疏松层一般都要去除，将内层致密层作为实际工作层。去除外层疏松层不仅增加了工序，提高了生产成本，在去除操作过程中还会对氧化膜自身结构及性能带来一定的影响（为避免去除工艺对氧化膜内层致密层的影响，还要增加诸多辅助措施），这无疑又额外增加了工艺操作难度和生产成本。因此，常规双层结构微弧氧化膜的表层疏松层的存在严重地阻碍了微弧氧化技术的实际工程应用进程。

发明内容

本发明的目的在于突破传统的铝合金表面微弧氧化膜层的结构特点，提供一种铝合金表面单层微弧氧化陶瓷膜的制备方法，该方法采用全新的工艺控制方案，制备出只有致密层的单层微弧氧化陶瓷结构。与常规双层微弧氧化膜，不但单层结构的微弧氧化膜的性能有明显提高，而且解决了常规双层结构微弧氧化膜在实际应用中的技术难题。

本发明的技术方案为：

一种铝合金表面单层微弧氧化陶瓷膜的制备方法，该方法首先将铝合金工件置于电解液中，在电解液中铝合金工件表面作为工作电极（阳极），以不锈钢导体作为对电极（阴极），不锈钢导体与所述工件表面构成电解回路；然后向所述电解回路施加带有高频载波的双脉冲方波电压，并控制电流密度0.2～20A/dm²，施加时间为30～200min，电解液温度不高于50℃，从而在铝合金表面形成微弧氧化陶瓷膜。

所述的高频载波的双脉冲方波电压为母体方波电压和高频载波方波电压叠加而成；其中：母体方波脉冲电压的频率为100～400Hz，正向电压幅值为250-400V，脉宽为0.6ms，负向电压幅值为450-700V，脉宽为0.4ms；高频载波的电压幅值为50-300V，频率范围为2000-3000Hz。

所述电解液以水为溶剂，溶质为氢氧化钠、硅酸钠、硼酸钠、钒酸盐、钼酸盐、硝酸盐、十二烷基苯磺酸盐、癸酸盐、苯并三氮唑和苹果酸盐中的一种或几种，溶质的总浓度为5～30g/L；控制电解液的pH为8-12。

所述铝合金可以为LY11、LY12、LC4、2A70、ZL205、LY16、2024、5083、6063或纯铝。

采用上述方法在铝合金表面所制备的微弧氧化陶瓷膜为致密层，其厚度20～300μm，硬度≥1200Hv，耐盐雾时间≥1800h，表面粗糙度Ra0.10μm～0.3μm。

本发明有益效果如下：

1、本发明通过采用严格的工艺配方和控制工艺，可以有效抑制疏松层的过快生长，使铝合金表面在开始钝化后就迅速向致密层转化，保证疏松层的生长速率与疏松层向致密层的转化速率相一致，保证了在加工完成时所生成的膜层最外层无疏松层结构。