[发明专利]一种铝合金表面叠层陶瓷涂层的制备方法

说明书

本发明提供了一种铝合金表面叠层陶瓷涂层的制备方法，包括基体处理、溶液配制、叠层陶瓷涂层的制备以及陶瓷层制备后处理；其中，所述溶液配制采用KOH‑Na₂SiO₃‑(NaPO₃)₆‑Na₂WO₄为主要成分的去离子水溶液以及碱性硅溶胶溶液、水溶性酚醛树脂和纳米SiC颗粒的混合搅拌溶液；所述叠层陶瓷涂层的制备采用正负电压可调、正负脉冲比可调、正负脉冲脉宽可调以及频率可调的专用高电压直流脉冲电源。本发明制备得到的SiC‑Al₂O₃叠层陶瓷涂层，克服了铝合金工件自身的缺陷，提高了陶瓷涂层的制备效率、致密性以及结合强度，从而进一步拓展了铝合金元件在武器装备、航空航天等领域的应用范围。

技术领域

本发明涉及表面处理技术领域，具体涉及一种铝合金表面叠层陶瓷涂层的制备方法。

背景技术

随着轻量化技术的发展，铝合金替代钢结构件可以实现减重60％以上，因此在武器装备、航空航天等领域得到广泛的应用，也是近年来研究的热点。但由于铝合金存在熔点低、传热快、高温易氧化、不耐磨损等缺陷，严重制约了铝合金的使用范围；目前，短期内通过合金化提高铝合金的各项性能的难度较大、成本较高，因此，在在铝合金表面制备功能性陶瓷涂层成为了人们解决铝合金自身缺陷问题的一个重要突破口。

SiC具有离子键和共价键结构，键能高，原子间结合力强，表面自由能低，原子间距小，堆积致密，无自由电子运动；因此导致SiC具有高熔点、高硬度（SiC莫氏硬度达到9.5级，仅次于世界上最硬的金刚石（10级））度、高刚度、高耐磨性、高绝缘绝热能力、低热导率、较小热膨胀系数和无延展性等特点，使得SiC陶瓷材料非常适合耐磨、防腐及隔热耐烧蚀等工业领域的应用。但是，现有技术中在合金材料上制备SiC陶瓷颗粒通常需要高温烧结，由于铝合金熔点较低、进行高温烧结时会不可避免的出现熔融，从而导致铝合金元件制备陶瓷层时产生形变、需要进行二次塑形，无法精准匹配武器装备、航空、航天等领域的高精密仪器。

发明内容

针对以上现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种铝合金表面叠层陶瓷涂层的制备方法，通过在铝合金工件表面制备SiC-Al₂O₃的叠层陶瓷涂层（其中内层为Al₂O₃陶瓷层、外层为SiC陶瓷层），克服了铝合金自身的缺陷，提高了陶瓷涂层的制备效率、致密性以及结合强度，从而进一步拓展了铝合金元件在武器装备、航空航天等领域的应用范围。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种铝合金表面叠层陶瓷涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

a、基体处理：采用超声波清洗仪对铝合金元件进行除尘、除油清洗，再去除氧化膜，处理后用去离子水进行清洗，然后进行碱洗；

b、溶液配制：在不锈钢溶液槽中加入KOH-Na₂SiO₃-(NaPO₃)₆- Na₂WO₄为主要成分的去离子水溶液，然后再加入碱性硅溶胶溶液、水溶性酚醛树脂以及纳米SiC颗粒，持续搅拌以使各成分充分溶解到去离子水中；

c、叠层陶瓷涂层的制备：根据铝合金元件的结构特征设计专用工装，然后将铝合金元件装夹于高压直流脉冲电源的阳极，放在不锈钢溶液槽中的专用工装上，不锈钢溶液槽连接电源阴极，调节高压直流脉冲电源参数、进行SiC-Al₂O₃的叠层陶瓷涂层的制备，涂层制备过程中需同时加入正、负向电压，从而得到内层为Al₂O₃陶瓷层、外层为SiC陶瓷层的SiC-Al₂O₃叠层陶瓷涂层；