[发明专利]一种表面微弧氧化致密陶瓷膜铝合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种表面微弧氧化致密陶瓷膜铝合金及其制备方法。将铝合金基材退火处理后，依次经除油除脂处理、微弧氧化和干燥，即得；所述退火处理的条件为：温度为200～300℃，时间为50～80min；所述微弧氧化的条件为：电流密度为8～10A/dmsupgt;2/supgt;，时间15～20min；该方法通过退火和维护氧化的协同作用，在合金基材表面形成致密的陶瓷膜，可有效改善材料的综合性能；通过本发明技术方案所得到的铝合金，具有优异的耐蚀性和耐磨性，解决了铝合金焊接构建在高温高湿高盐雾环境的腐蚀问题。

技术领域

本发明涉及一种致密陶瓷膜铝合金材料，特别涉及一种表面微弧氧化致密陶瓷膜铝合金及其制备方法，属于金属表面处理技术领域。

背景技术

近地轨道开发和深空探索活动要求在航天器中使用轻质材料，以减少燃料的消耗和碳排放。铝镁钪合金由于其轻量化、高强度和良好的可焊接性能，已广泛用于航空航天和船舶工业，产品主要瞄准载人航天器焊接荷重结构件。然而，航天器在严酷的转运、存储、发射海洋环境中，铝镁钪合金易于点蚀和晶间腐蚀，这极大地限制了其应用，尤其是在高温高湿高盐雾的腐蚀环境中。

目前，已经做出了许多努力通过退火处理来改善铝镁钪合金的耐蚀性能。但是，依靠基底金属自身的属性在苛刻的环境下服役，铝镁钪合金结构件在服役周期内的可靠使用寿命严重降低。表面处理技术是提高铝合金表面性能的有效途径。通过使用阳极氧化、物理气相沉积(PVD)、电解沉积、溶胶-凝胶沉积、激光处理和等离子喷涂等技术，在铝合金上制备了保护涂层。然而，这些方法存在各种缺点，如成本高、工艺复杂、可控性差和预处理困难。

微弧氧化，也称为等离子电解氧化，是一种电解表面修饰技术，可在铝及其合金上产生厚、硬且粘附的陶瓷膜，保护它们免受严重腐蚀，特别是剥落和应力腐蚀。目前针对影响铝合金表面制备微弧氧化陶瓷膜组织结构的研究主要集中在电解质成分、电参数和氧化时间等。然而，微弧氧化陶瓷膜表面孔隙率较高，并且陶瓷/基体界面区域存在大量裂纹、空隙和孔洞等缺陷，这严重影响着航天器结构材料的服役安全。所以，为进一步增加氧化膜的致密性，研究发展新的适合于提高铝合金微弧氧化陶瓷膜的致密化的制备方法，增强与基体紧密结合、耐蚀和耐磨损特性十分必要和迫切。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种表面微弧氧化致密陶瓷膜铝合金，该铝合金以Al-Mg-Sc合金为基材，在基材表面构建致密的氧化陶瓷膜，有效提高了材料的耐蚀性和耐磨性，并大幅提高合金材料的综合服役性能。

本发明的第二个目的在于提供一种表面微弧氧化致密陶瓷膜铝合金的制备方法，本发明基于各步骤之间的协同作用，通过退火处理改变基材表面电导率，再经过微弧氧化于基材表面形成紧密结合的陶瓷膜，该陶瓷膜不仅与基材结合牢固，并且厚度均匀，表面粗糙度低，可有效改善材料的综合性能。

为实现上述技术目的，本发明提供了一种表面微弧氧化致密陶瓷膜铝合金的制备方法，将铝合金基材退火处理后，依次经除油除脂处理、微弧氧化和干燥，即得；所述退火处理的条件为：温度为200～300℃，时间为50～80min；所述微弧氧化的条件为：电流密度为8～10A/dm²，时间15～20min。

本发明所提供的制备方法中，通过退火处理控制合金材料的表面电导率，再通过微弧氧化在合金基材表面形成可控的陶瓷膜；其中，上述各过程参数要按照上述要执行，退火温度直接控制到合金基材的表面电导率，而微弧氧化的电流密度则直接控制膜层与基材的结合力，氧化时间则是控制膜层的厚度与粗糙度，因此，只有在上述要求的情况下才能获得致密陶瓷膜铝合金材料。