[发明专利]一种粒子掺杂型复合梯度微弧氧化涂层及多级制备方法、应用

说明书

本发明涉及一种粒子掺杂型复合梯度微弧氧化涂层及多级制备方法、应用。该制备方法利用微弧氧化技术，在含微粒子的电解液中，于金属表面制备一异质粒子掺杂的复合涂层，该涂层外表层粒子含量高于心部，复合粒子在微弧氧化涂层中呈现梯度分布的特征。该制备方法为实现目标涂层对微弧氧化工艺过程进行逐级分解，先后经历粒子预吸附、涂层快速生长、粒子主吸附、粒子捕获复合、涂层粗糙度精整、涂层自封孔一系列阶段过程，压茬进行，最终实现高致密度、低粗糙度、粒子梯度分布的高质量复合涂层制备。本发明根据目标涂层的功能需要，可复合高硬度粒子、自润滑粒子、导电粒子、生物活性粒子等，应用在金属材料表面处理领域。

技术领域

本发明属于材料表面处理领域，具体涉及一种粒子掺杂型复合梯度微弧氧化涂层及多级制备方法、应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

长期以来，表面涂层技术一直是材料改性的一种常用手段，其可赋予材料原本不具备的特性或增强其原有特性。近年来，微弧氧化(MAO)技术作为一种新兴发展的表面处理技术得到了极大关注，其可以在铝、镁、钛、锆等阀金属表面依靠弧光放电产生的瞬时高温高压作用，生长出以基体金属氧化物为主的陶瓷膜层，该膜层由于具备高阻抗、电绝缘等特性，能够大幅增强合金的耐腐蚀性能，具有非常好的应用前景。

然而，随着科技创新及工业进程的发展，越来越要求产品的集成化和多功能化，为了达到这一目的往往要求产品工件具有多方面的功能表达。如何方便、可靠地将产品实现多功能化是市场发展的一个趋势。

微弧氧化技术虽然可以使镁、铝、钛等轻合金具有较好的耐蚀行为，但是某些实际工况下，不仅要求材料具有良好的耐蚀性，还要求其具有一些符合其特定服役环境的特殊功能，如耐磨性、自润滑性、导电性、电磁屏蔽性、催化活性、生物活性等。根据市场需求，利用微弧氧化技术，制备复合功能涂层是未来的发展趋势。

利用微弧氧化技术，通过在涂层中复合一些高硬度粒子、自润滑粒子、导电粒子、催化活性粒子、生物活性粒子等异质粒子，可以实现微弧氧化涂层的多功能化。已有研究报道，利用微弧氧化技术将ZrO₂、Al₂O₃、SiO₂、SiC、TiN、MoS₂、TiO₂、HA、Ag等粒子复合到微弧氧化膜层中，可赋予膜层耐蚀性之外的耐磨性、自润滑性、光催化性、生物活性、抗菌性等特性。但是，以往这些复合涂层中的异质粒子均呈现均匀分散的特征。而材料在实际使用过程中，更多地关注其表面特性，如提高材料的耐磨性首要的是要提高其表层的耐磨性，提高材料的催化特性首要的也是要提高其表层的催化特性。传统均匀掺杂的复合涂层未能够考虑材料实际使用需要，从而限制了复合涂层性能的提升。

以往在进行微弧氧化涂层的制备时，研究者通常会通过控制脉冲电压、频率、占空比等参数来调控涂层的生长速率及结构，这是本领域技术人员通用技术，但发明人发现：其本质上是通过调控单脉冲放电能量的大小控制新生成氧化产物的快慢和形态，难以制备出高致密度、低粗糙度、粒子梯度分布的高质量复合涂层。

另有报道通过将磁控溅射、阳极氧化、电沉积等技术与微弧氧化技术并列组合，得到一套多步组合工艺，但制备过程繁琐、设备投资大，实用性不强。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提供了一种粒子掺杂型复合梯度微弧氧化涂层及多级制备方法、应用。该制备方法对微弧氧化工艺过程进行逐级分解，先后经历粒子预吸附、涂层快速生长、粒子主吸附、粒子捕获复合、涂层粗糙度精整、涂层自封孔一系列阶段过程，压茬进行，最终获得高致密度、低粗糙度、粒子梯度分布的高质量复合涂层。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：