[发明专利]一种航空铝合金表面制备润滑及耐磨复合涂层

说明书

一种航空铝合金表面制备润滑及耐磨复合涂层，属于金属材料表面改性技术领域。首先采用使用恒压直流阳极氧化方法在航空铝合金涂层表面上制备出形状规整、且均匀垂直排列的多孔氧化铝纳米孔阵，最后采用射频溅射和直流溅射两种电源系统分别将二硫化钼和金属钨共沉积在多孔氧化铝纳米孔阵上在航空铝合金上制备出AAO/MoS₂‑W复合强化润滑层。通过阳极氧化法和磁控溅射制备出AAO/MoS₂‑W复合涂层，显著提高了航空铝合金的表面涂层力学强度和表面润滑剂附着时长，较大程度上在减少航空铝合金表面磨损同时延缓了润滑剂工作寿命，降低了发生突然失效导致航空铝合金破裂的情况频率。

技术领域

一种航空铝合金表面制备润滑及耐磨复合涂层的方法，属于金属材料表面改性技术、纳米薄膜制备及力学特性技术领域。

背景技术

随着制造业的不断深入发展，航空铝合金在汽车、航空航天、高铁、大型机械设备中存在着广泛的应用。航空铝合金由于其具有良好的综合机械性能，广泛的应用于机械制造。其中，在紧固件、轴承方面的使用尤其多，但是，由于其硬度和耐磨性较差，在工作过程中会产生强烈的摩擦，造成磨损，大大降低了其使用寿命。若采用在其表面直接覆膜固体润滑材料，又因为其铝合金活性高，表面存在的氧化层，造成二者的结合性不好，从而导致固体润滑材料在磨损中易从基体脱落。更重要的是，铝合金基体较软，在外在载荷作用下，容易发生塑性变形，使其上固体润滑材料亦产生变形开裂，加速失效。此外，固体润滑材料在暴露大气下，易被氧化，严重降低了其润滑效果。本研究的附载复合固体润滑剂的方法，是首先采用恒压直流二次阳极氧化方法在铝合金表面上制备出形状规整、且均匀垂直排列的多孔氧化铝纳米孔阵，由于其强度高、硬度大、耐腐蚀和耐磨性能好，增加的多孔氧化铝纳米孔阵能显著提高航空铝合金基体强硬度、有效阻止固体润滑剂中硫元素对其腐蚀影响。其次是使用采用射频溅射和直流溅射两种电源系统分别将二硫化钼和金属钨共沉积在多孔氧化铝纳米孔阵上，在航空铝合金上制备出AAO/MoS₂-W复合强化涂层。多孔氧化铝纳米孔阵的优势在于进一步提高铝合金合金的强硬度，同时，其和固体润滑材料均为纳米级，二者有着较强的键合作用，明显提高固体润滑材料的附载时长，充分发挥润滑效果，因此是固体润滑材料优异的附载空间。此外，金属钨颗粒的掺杂，可以有效的改善纯二硫化钼薄膜疏松的结构，大幅提高其致密度，大大延缓二硫化钼因空气氧化失效的情况；形成的复合涂层硬度有所提高，近一步提升了其耐磨性。这种制备润滑及耐磨复合涂层的工艺，不仅改变了航空铝合金表面润滑的方式，还使得固体润滑材料得带有效保护，极大延长了其工作寿命，进而开拓了航空铝合金应用前景。

发明内容

一种航空铝合金表面制备润滑及耐磨复合涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)首先对切割好的航空铝合金进行打磨、去除油污、化学抛光，之后依次采用丙酮、无水乙醇、去离子水超声处理。将处理好的铝合金片浸泡在磷酸和硝酸混合水洗液中进行化学抛光，再用去离子水冲洗干净，干燥后作为基体材料；

(2)采用恒压直流阳极氧化法制备多孔氧化铝纳米孔阵，以步骤(1)的航空铝合金作为阳极，石墨作为阴极，电解液为磷酸和草酸混合氧化液(优选浓度为0.3M磷酸和浓度为0.3M草酸溶液的混合液，体积比磷酸溶液：草酸溶液＝1:3)进行第一次氧化，氧化电压30V-60V，持续时间为5h；第一次氧化后，将样品放入铬酸溶液(H3PO4 50mL/L和三氧化铬30g/L)去除氧化层，铬酸溶液温度为60-70℃；随后，将去氧化层后的样品进行第二次氧化，参数同第一次氧化；最后，将氧化好的样品进行放到酸溶液中扩孔处理，酸溶液为0.5％H₃PO₄，温度为30℃，时间为30min，得到多孔氧化铝；

(3)将步骤(2)氧化好多孔氧化铝孔阵的航空铝合金置于300℃-500℃的条件下进行热处理，时间为2h，除去其内部存在的水；