[发明专利]轻金属或其合金表面氧化钛基陶瓷膜层的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属表面处理技术，特别是涉及一种轻金属或其合金表面氧化钛基陶瓷膜层的制造方法。

背景技术

轻金属如铝、镁、钛等及其合金，由于具有密度小，比强度高，导电、导热性优良，耐蚀，塑性和成型性好，容易加工，无低温脆性等优良的性能，所以，在适用性上已成为仅次于钢铁的第二大类金属材料。它们可以通过挤出、锻压和压铸等多种工艺加工成各种结构件，广泛地应用于汽车、航空、航天、船舶、医疗、建筑、军事、通讯、电子、电器、LED照明等几乎遍及所有的工业领域中。

轻金属或者其合金传统的表面处理技术包括电镀硬铬、阳极氧化、热喷涂均不同程度存在一定的缺陷，后来发展了微弧氧化(属于等离子电解沉积)技术、等离子气相沉积陶瓷化技术等比较新的表面处理技术，微弧氧化技术可以在铝合金表面形成硬质氧化铝多孔陶瓷层，其表面均匀分布的微孔有利于在摩擦过程中形成连续油膜，从而改善摩擦条件。而且该工艺处理效率高、操作工艺简单、环境污染小、性价比高、适用于自动化生产，在许多领域具有应用前景。然而作为陶瓷涂层其也存在孔隙率高、韧性差，且钛合金微弧氧化涂层过渡层尺寸大，存在明显的界面，结合力较差。

专利文献CN 102634832A一种铝合金元件表面涂层的制备方法及系统所述铝合金元件表面起弧阻挡层和隔热复合陶瓷涂层制备方法，两种制备过程所需时间为33分钟和75分钟，效率特别低。专利文献CN103103469A一种铝合金耐磨涂层的制备方法是利用等离子喷涂系统在所述铝合金基体表面喷涂金属Ni-Al合金涂层，随后将陶瓷粉末利用等离子喷涂系统喷涂在所述金属合金涂层上，得到铝合金耐磨涂层。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有技术的不足，提供一种高效率和高品质的轻金属或者其合金表面高性能氧化钛基陶瓷膜层的制造方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种轻金属或其合金表面氧化钛基陶瓷膜层的制造方法，包括将轻金属或者其合金的工件或覆有所述轻金属或者其合金的工件在电解槽中连续进行阳极等离子放电氧化与电化学沉积组合工艺处理，电解液为含有钛盐、pH值为1.5～5.0的酸性溶液，其中控制电解液为温度5～35℃，阳极等离子放电氧化阶段使用直流电，电化学沉积阶段使用交流电，其中电流密度为3～10A/dm²，电化学沉积时峰值电压为300～600V，处理时间为0.5～5分钟。

根据优选的实施例，本发明的技术方案还可以采用以下一些技术特征：

首先在电压为10～50V的直流模式下进行阳极等离子放电氧化，优选为恒流，得到一层表面多孔的氧化膜，该膜层主要由含有大量结晶水且为非晶态的金属氧化物构成；随后在交流模式下进行电化学沉积将钛盐转化为TiO₂，在所述氧化膜上沉积形成陶瓷膜层。

优选地，阳极等离子放电氧化时间0.3～1.5分钟，电化学沉积时间0.7～2.5分钟。

优选地，阳极等离子放电时间大约是电化学沉积的一半。

电解液的PH值为2.5～3.5，温度为15～25℃，电流密度为5.5～8.5A/dm²，阳极等离子放电氧化时电压25～35V，电化学沉积时峰值电压为350～500V，所述处理时间为1～3分钟。

所述酸性溶液包括：磷酸、草酸、硫酸中的一种或几种，酸浓度为2～20％；含氧钛盐，所述含氧钛盐是含氧钛酸钾盐、含氧钛酸钠盐、氟钛酸盐或草酸钛氧盐中的一种或几种，所述钛盐浓度为5～25％；以及0.5～5％浓度的氨水。

所述酸浓度为5～15％，所述钛盐浓度为8～18％，所述氨水浓度为1.0～3.0％。

在所述组合工艺处理的过程中使用电解液循环系统进行电解液循环，所述电解液循环系统包括电解槽以及位于所述电解槽外部的外部热交换系统，所述外部热交换系统包括外部循环管道和换热器，所述外部循环管道至少一部分位于所述换热器内，所述外部循环管道的入口和出口均连通所述电解槽，所述外部循环管道上设置有电解液循环泵。

所述换热器为冷却液换热器，所述冷却液换热器包括用于流通冷却液的冷却液通道，所述外部循环管道至少一部分设置于所述冷却液通道中。

所述电解液循环系统还包括位于所述电解槽中的分散器，所述分散器为管状结构且管体上均匀分布有多个微孔，所述分散器的入口与所述外部循环管道的出口连通，所述分散器通过所述微孔与所述电解槽连通。