[发明专利]兼具多孔亚表层和耐磨表层的铝合金阳极氧化膜及其制备方法

说明书

本发明提供了一种兼具多孔亚表层和耐磨表层的铝合金阳极氧化膜。该阳极氧化膜具有三层结构，从铝合金基体往外依次为屏蔽层、多孔亚表层与耐磨表层。该阳极氧化膜大大提高了铝合金的耐磨性能，拓宽了铝合金的应用领域。另外，本发明采用阳极氧化法，将铝合金作为阳极氧化过程的阳极和阴极，电解液包含硫酸，宽温氧化剂，铝离子，通过控制阳极氧化电流密度，电解液配方控制阳极氧化膜的生长速度和溶解速度，从而获得表面兼具多孔亚表层和耐磨表层的阳极氧化膜层。

技术领域

本发明涉及铝合金表面处理领域，具体涉及一种兼具多孔亚表层和耐磨表层的铝合金阳极氧化膜及其制备方法。

背景技术

铝合金具有密度小、比强度高、塑性好、易加工成型等优点，是工业中应用仅次于钢的金属材料，铝合金具有优良的导电性、导热性和耐蚀性，因而广泛应用于航空、航天、汽车、海洋、机械制造、核工业、兵器工业等领域。

但是，目前铝合金在服役过程中仍然存在不足之处，例如：容易受到磨损和腐蚀而失效，给工程应用带来很大的安全隐患和经济损失；经过机械加工的铝合金表面都会存在各种缺陷而不能直接投入到实际应用中；铝合金在自然条件下表面会生成一层氧化膜，约为0.01μm-0.10μm，这层氧化膜为非晶态，薄而多孔，力学强度低。这些问题使铝合金无法满足应用领域的实际工况要求，故而需要对铝合金基体进行表面处理。

铝合金的表面处理方法有很多，阳极氧化法是目前应用最广且最成功的。阳极氧化是一种电解氧化过程，在这个过程中铝合金基体表面会形成一层氧化膜层。这层氧化膜是位于铝合金基体上的具有屏蔽层(阻挡层)和多孔层结构的膜层，具有高硬度、绝缘绝热性好、耐蚀性优、结合性强、且有很好的吸附特性和良好的光学特性。然而，利用阳极氧化过程在铝合金表面通过电化学反应形成的氧化膜虽然可以提高铝合金的耐蚀性能，但对铝合金的耐磨性能没有很大改善。并且这层氧化膜在服役过程中受到腐蚀后，表面硬度降低，导致耐磨性下降。

发明内容

本发明提供了一种铝合金基体表面的具有新型结构的阳极氧化膜，如图1所示，该阳极氧化膜在现有的具有屏蔽层和多孔层的铝合金阳极氧化膜表面构筑了耐磨表层，提高了铝合金阳极氧化膜的耐磨损性能。

即，本发明所提供的技术方案为：一种兼具多孔亚表层和耐磨表层的铝合金阳极氧化膜，该阳极氧化膜从基体往外依次为屏蔽层，多孔亚表层与耐磨表层。

作为优选，所述的阳极氧化膜的厚度为40μm-50μm。

作为优选，所述的耐磨表层的厚度为2μm-5μm。

所述耐磨表层具有较高的硬度和较好的韧性，其显微硬度大于250Hv，甚至高达450Hv，因此大大提高了阳极氧化膜的耐磨性能，经UMT-3摩擦磨损试验机测得磨损率低于6.41×10^-4mm³/Nm，相比同实验条件下铝合金基体的磨损率为1.24×10^-2mm³/Nm，显著提高了铝合金基体的耐磨性，拓宽了铝合金的应用领域。

本发明还提供了一种制备上述兼具多孔亚表层和耐磨表层的铝合金阳极氧化膜的方法，采用阳极氧化法，将铝合金基体作为阳极，将铝合金作为阴极，电解液包括硫酸、宽温氧化剂与铝离子，通过控制阳极氧化电流密度，电解液配方而控制阳极氧化膜的生长速度和溶解速度，从而获得表面兼具多孔亚表层和耐磨表层的阳极氧化膜。

作为优选，阳极氧化处理前将铝合金基体进行清洗预处理以去除表面杂质。作为一种实现方式，首先将铝合金基体表面机械抛光，然后进行脱脂处理，以去除表面油脂，接着进行水洗，之后进行中和反应，中和脱脂过程残留在铝合金表面的碱性溶液，再在无水乙醇中进行超声清洗，使铝合金表面无其他杂质残留，最后将清洗干净的铝合金用氮气吹干，吹干过程中应防止与铝合金表面的接触以防止污染表面。

作为优选，阳极氧化电流为直流恒流，进一步优选，调整氧化电流密度为4-10A/dm²。