[发明专利]一种铝合金活塞表面微弧氧化层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铝合金活塞表面微弧氧化层及其制备方法，对铝合金试样依次进行除油除脂、磨制和抛光水洗；配置含有纳米级TaC粉末的微弧氧化电解液；将抛光水洗后的铝合金试样放入电解液中，采用直流脉冲微弧氧化电源对其进行微弧氧化，在铝合金试样表面得到10～75μm的微弧氧化层；本发明通过在硅酸钠电解液体系中加入纳米级TaC粉末，通过调控电解液中TaC的浓度和粒径大小，可在铝合金表面制备出高硬度、相对平坦的微弧氧化陶瓷层；含有TaC的微弧氧化陶瓷层的耐磨性以及硬度明显高于传统的铝合金微弧氧化陶瓷层，增强了陶瓷层对铝合金的防护性能。

技术领域

本发明属于铝合金表面功能涂层制备技术领域，尤其涉及一种铝合金活塞表面微弧氧化层及其制备方法。

背景技术

随着交通运输行业的飞速发展，节能减排是交通运输的核心驱动力。对于燃油车而言，整车重量每降低100kg，每百公里油耗可降低0.5L；并且从汽车的驾驶性能的角度来看，轻量化将极大提升汽车的加速性能、制动性能和爬坡性能。目前内燃机的“心脏”——活塞，主要以铝合金活塞(Al的密度2.69g/cm³)和传统铸铁、铸钢活塞(Fe的密度7.86g/cm³)为主，根据上述轻量化节能减排的理念不难看出铝合金活塞是理想的内燃机活塞材料。

内燃机在高速运转的过程中，活塞要承受一定的冲击力、往复运动的惯性力以及较大的热负荷。但铝合金活塞的热强度不高，高温力学性能较差，一定条件下会发生烧蚀与腐蚀等现象产生。因此，提升铝合金活塞在高温环境下的服役能力尤为重要，不仅可以增加铝合金活塞的使用寿命，同时也能拓宽铝合金活塞的温度。

针对铝合金活塞出现的烧蚀现象，目前已采用表面陶瓷化处理的方法在活塞顶部制备抗烧蚀层，发现陶瓷化活塞的耐热性明显高于传统硬质阳极氧化处理的活塞和未处理的活塞。但随着相关报道不难发现活塞的温度在不断提高，我们希望采用不断地技术工艺创新制备出更好的防护层，以提高铝合金活塞的表面性能，延长其使用寿命的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种铝合金活塞表面微弧氧化层及其制备方法，提升铝合金活塞表面微弧氧化层的耐磨性及硬度。

本发明采用以下技术方案：一种铝合金活塞表面微弧氧化层的制备方法，包括以下步骤：

对铝合金试样依次进行除油除脂、磨制和抛光水洗；

配置含有纳米级TaC粉末的微弧氧化电解液；

将抛光水洗后的铝合金试样放入电解液中，采用直流脉冲微弧氧化电源对其进行微弧氧化，在铝合金试样表面得到10～75μm的微弧氧化层；其中，微弧氧化电参数为：电压450～550V，频率400～1200Hz，占空比8～30％，通电时间10min～120min。

进一步地，微弧氧化层中Ta元素的含量为0.5～3.2at.％。

进一步地，微弧氧化电解液中纳米级TaC粉末的浓度为1～10g/L。

进一步地，微弧氧化电解液中纳米级TaC粉末的浓度为2～6g/L。

进一步地，微弧氧化电解液包括硅酸钠、六偏磷酸钠、氢氧化钾和纳米级TaC粉末；

微弧氧化电解液中硅酸钠的浓度为4～35g/L，六偏磷酸钠的浓度为5～32g/L，氢氧化钾的浓度为4～10g/L。

本发明的另一技术方案：一种铝合金活塞表面微弧氧化层，微弧氧化层采用上述的一种铝合金活塞表面微弧氧化层的制备方法制得；

微弧氧化层的厚度为10～75μm，且Ta元素的含量为0.5～3.2at.％。