[发明专利]一种对晶须增强铝基复合材料进行发黑处理的方法

说明书

本发明涉及一种对晶须增强铝基复合材料，特别是碳化硅晶须增强铝基复合材料、硼酸铝晶须增强铝基复合材料进行发黑处理的方法。

晶须增强铝基复合材料是一类以工业铝合金为基体，以碳化硅晶须、硼酸铝晶须、钛酸钾晶须等为增强体的高性能材料，其物理性能（热膨胀系数、导热系数等）和力学性能（弹性模量、室温和高温强度、疲劳强度、耐磨性等）均优于现用的工业铝合金。如果用晶须增强铝基复合材料代替铝合金，不仅可以减轻重量，提高零件的使用寿命，而且可以拓宽机械、航空和航天等工业的选材范围，从而取得巨大的经济效益和社会效益。对于某些零件（如光学镜筒等光学零件），要求对其进行发黑处理。由于晶须增强铝基复合材料的基体为铝合金，因此，从本质上说，对复合材料进行发黑处理实质上是对复合材料的基体铝合金进行发黑处理。目前，对工业铝合金的发黑处理工艺已较成熟，一般的处理方法为：首先，用40～80℃的NaOH溶液（浓度为50～200克/升）和15～25℃的HNO₃溶液（浓度为15～30%）材料进行预处理30～300秒，以除去材料表面的污物。水洗后，放入浓度10～20%的H₂SO₄溶液中进行阳极氧化处理，电流密度为1～2A/dm²，温度为20～30℃，处理时间为10～30分钟。水洗后，进行化学染色，先放入90～100℃的CoAc₂溶液（浓度为50～100克/升）中浸渍10～15分钟，再放入90～100℃的Na₂S溶液（浓度为50～100克/升）中浸渍20～30分钟，或在90～100℃的KMnO₄溶液（浓度为15～25克/升）中浸渍20～30分钟。最后，在90～100℃的蒸馏水中浸渍20～30分钟，进行封孔处理。利用上述方法对碳化硅晶须、硼酸铝晶须等增强铝基复合材料进行发黑处理的结果表明，经处理后，复合材料的表面呈灰绿色或灰白色，扫描电镜观察结果表明，在复合材料的表面有一晶须的敷层，这是复合材料被腐蚀过度的结果。这是由于晶须的存在改变了晶须增强铝基复合材料的耐腐蚀性，使得复合材料在NaOH溶液、HNO₃溶液、H₂SO₄溶液、Na₂S溶液等腐蚀性溶液中进行处理时，如果溶液浓度过高，且浸渍时间过长，则易发生复合材料被腐蚀过度，造成复合材料表面形成一个晶须的敷层，降低了表面发黑层与基底的结合力，从而，难以获得与基底具有良好结合强度的发黑层。可见，铝合金的传统发黑处理方法对晶须增强铝基复合材料不适合。

本发明的目的是提供一种对晶须增强铝基复合材料，特别是对碳化硅晶须、硼酸铝晶须等增强铝基复合材料进行发黑处理的有效方法，使经过处理的复合材料表面形成足够黑的发黑层，并且保证发黑层与基底的结合力。

本发明是这样实现的：首先将处理对象（晶须增强铝基复合材料）进行预处理，以除去其表面的油污和自然氧化膜。然后，将经过预处理的材料进行阳极氧化处理，根据预处理时间和阳极氧化处理时间的不同，可在复合材料的表面形成一层氧化膜，或形成一层含有半裸露晶须的粗糙层。再后，将经预处理和阳极氧化处理的材料在化学试剂中进行化学染色处理，根据不同的化学试剂浓度和染色时间，可以形成不同程度的黑色。最后，用蒸馏水对经染色的材料进行封孔处理。

下面对本发明进行详细的阐述。

本发明的处理对象为晶须增强铝基复合材料，其中增强体可为碳化硅晶须、硼酸铝晶须、钛酸钾晶须等，增强体的体积含量为10～35%。复合材料的基体可选铸造铝合金（如ZL109等）、锻造铝合金（LD2等）、硬铝合金（LY12等）以及超硬铝合金（LC4）等各种工业铝合金。

对晶须增强铝基复合材料进行表面发黑处理的方法，按以下步骤实现：

（1）首先对要进行表面发黑处理的复合材料进行预处理，即将复合材料先放入浓度为80～100克/升，温度为10～30℃的NaOH溶液中浸渍4～28秒，而后又放入浓度为5～14%，温度为10～30℃的HNO₃溶液中浸渍4～28秒。

（2）然后将经过预处理的复合材料用25℃的清水冲洗1～5分钟。