[發(fā)明專利]一種鋁合金表面單層微弧氧化陶瓷膜的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210369250.3
• 申請(qǐng)日: 2012-09-27
• 公開（公告）號(hào): CN103695980A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜克勤;郭興華;郭泉忠;王勇;王福會(huì)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院金屬研究所
• 主分類號(hào): C25D11/04
• 分類號(hào): C25D11/04;C25D11/06
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富;周秀梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋁合金表面處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋁合金表面單層微弧氧化陶瓷膜的制備方法。

背景技術(shù)

微弧氧化(Plasma?Electrolytic?Oxidation或Micro-arc?Oxidation)是一種在金屬表面原位生長陶瓷性氧化膜的制備技術(shù)，是一種特殊的陽極氧化，是現(xiàn)階段提高鋁合金等有色金屬的耐腐蝕性能最為有效的手段之一。由于采用較高的電壓，氧化過程除發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)外，還包括等離子化學(xué)、熱化學(xué)反應(yīng)，伴隨有等離子微弧放電現(xiàn)象。正是由于等離子體放電所造成的局部高溫高壓燒結(jié)作用，使所形成的氧化膜具有晶態(tài)的陶瓷性結(jié)構(gòu)。該氧化膜結(jié)合力優(yōu)良，并且硬度、耐磨性以及強(qiáng)度較高。然而，由于成膜時(shí)的等離子燒結(jié)特性及氧化膜中相結(jié)構(gòu)等原因所致，傳統(tǒng)鋁合金微弧氧化膜是一種孔隙較大(微米級(jí))的疏松多孔結(jié)構(gòu)，大大影響其防護(hù)能力。因此，研究與改善氧化膜的致密性是鋁合金微弧氧化技術(shù)發(fā)展的核心任務(wù)。

現(xiàn)行的鋁合金微弧氧化陶瓷膜一般為雙層微弧氧化陶瓷膜，由外層疏松層和內(nèi)層致密層組成。一般情況下，外層疏松層厚度要占到整個(gè)微弧氧化膜厚度的1/4-1/3，并由非晶態(tài)氧化物和其他非晶相物質(zhì)組成；該層的微觀結(jié)構(gòu)缺陷較多，孔隙率較大，硬度低，耐磨性較差，與內(nèi)層結(jié)合力差，表面很粗糙Ra值一般都在8.0以上。因此，在實(shí)際應(yīng)用中疏松層一般都要去除，將內(nèi)層致密層作為實(shí)際工作層。去除外層疏松層不僅增加了工序，提高了生產(chǎn)成本，在去除操作過程中還會(huì)對(duì)氧化膜自身結(jié)構(gòu)及性能帶來一定的影響（為避免去除工藝對(duì)氧化膜內(nèi)層致密層的影響，還要增加諸多輔助措施），這無疑又額外增加了工藝操作難度和生產(chǎn)成本。因此，常規(guī)雙層結(jié)構(gòu)微弧氧化膜的表層疏松層的存在嚴(yán)重地阻礙了微弧氧化技術(shù)的實(shí)際工程應(yīng)用進(jìn)程。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于突破傳統(tǒng)的鋁合金表面微弧氧化膜層的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提供一種鋁合金表面單層微弧氧化陶瓷膜的制備方法，該方法采用全新的工藝控制方案，制備出只有致密層的單層微弧氧化陶瓷結(jié)構(gòu)。與常規(guī)雙層微弧氧化膜，不但單層結(jié)構(gòu)的微弧氧化膜的性能有明顯提高，而且解決了常規(guī)雙層結(jié)構(gòu)微弧氧化膜在實(shí)際應(yīng)用中的技術(shù)難題。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種鋁合金表面單層微弧氧化陶瓷膜的制備方法，該方法首先將鋁合金工件置于電解液中，在電解液中鋁合金工件表面作為工作電極（陽極），以不銹鋼導(dǎo)體作為對(duì)電極（陰極），不銹鋼導(dǎo)體與所述工件表面構(gòu)成電解回路；然后向所述電解回路施加帶有高頻載波的雙脈沖方波電壓，并控制電流密度0.2～20A/dm²，施加時(shí)間為30～200min，電解液溫度不高于50℃，從而在鋁合金表面形成微弧氧化陶瓷膜。

所述的高頻載波的雙脈沖方波電壓為母體方波電壓和高頻載波方波電壓疊加而成；其中：母體方波脈沖電壓的頻率為100～400Hz，正向電壓幅值為250-400V，脈寬為0.6ms，負(fù)向電壓幅值為450-700V，脈寬為0.4ms；高頻載波的電壓幅值為50-300V，頻率范圍為2000-3000Hz。

所述電解液以水為溶劑，溶質(zhì)為氫氧化鈉、硅酸鈉、硼酸鈉、釩酸鹽、鉬酸鹽、硝酸鹽、十二烷基苯磺酸鹽、癸酸鹽、苯并三氮唑和蘋果酸鹽中的一種或幾種，溶質(zhì)的總濃度為5～30g/L；控制電解液的pH為8-12。

所述鋁合金可以為LY11、LY12、LC4、2A70、ZL205、LY16、2024、5083、6063或純鋁。

采用上述方法在鋁合金表面所制備的微弧氧化陶瓷膜為致密層，其厚度20～300μm，硬度≥1200Hv，耐鹽霧時(shí)間≥1800h，表面粗糙度Ra0.10μm～0.3μm。

本發(fā)明有益效果如下：

1、本發(fā)明通過采用嚴(yán)格的工藝配方和控制工藝，可以有效抑制疏松層的過快生長，使鋁合金表面在開始鈍化后就迅速向致密層轉(zhuǎn)化，保證疏松層的生長速率與疏松層向致密層的轉(zhuǎn)化速率相一致，保證了在加工完成時(shí)所生成的膜層最外層無疏松層結(jié)構(gòu)。