[發(fā)明專利]一種鋁合金表面微弧氧化涂層及其制備方法

有效

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• 申請日: 2017-03-09
• 公開（公告）號: CN107034511B
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發(fā)明（設計）人: 陳傳忠;王君峰;于慧君
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C25D15/00
• 分類號: C25D15/00;C25D11/10
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權代理有限公司 37221
• 代理人: 王志坤

本發(fā)明公開了一種鋁合金表面微弧氧化涂層及其制備方法，通過在醋酸鈉電解液體系中添加微米級或納米級六方氮化硼，探究適合的電解液配方，然后在優(yōu)化電解液體系中制得了性能優(yōu)良的高減磨性和耐磨性的陶瓷涂層。六方氮化硼微粒存在于涂層中，具有高耐磨性和減磨性能。通過在鋁合金表面制備的膜層來增加其耐磨性加速鋁合金的進一步工業(yè)化應用。

技術領域

本發(fā)明涉及電化學領域，具體涉及一種鋁合金表面微弧氧化涂層及其制備方法。

背景技術

鋁是地殼中儲量最多的一種金屬元素，鋁合金也是最重要的輕合金之一，其輕便、成本低、抗腐蝕性能出色、熱導率高、無磁性的特點，使其具有良好的可成型性、可焊接性、可加工性，廣泛應用于要求有一定強度的各種工業(yè)結構件。為了適應不同的用途，生產(chǎn)出了不同系列的變形鋁合金，有鋁硅合金、鋁鎂合金、鋁鋰合金、鋁銅合金、鋁鋅合金等等。然而鋁合金作為結構材料，存在質地軟、耐磨性較差、在特殊環(huán)境下耐蝕性差等缺點，這嚴重影響了其用途。因此，人們通過在鋁合金表面制備相應的膜層來增加其耐磨性，從而擴大鋁合金的應用范圍。傳統(tǒng)鋁合金表面的處理方法有很多種，分為陽極氧化、化學氧化、電鍍、化學和物理氣相沉積、等離子噴涂、熱噴涂等，其中陽極氧化的應用較為廣泛。然而傳統(tǒng)陽極氧化得到的氧化膜較薄且硬度低，經(jīng)常無法滿足實際應用，且實驗過程的電解液為強酸性，對環(huán)境危害較大。

層狀結構六方氮化硼(HBN)，與石墨是等電子體。它具有白色石墨之稱，具有類似石墨的層狀結構，有良好的潤滑性、電絕緣性導熱性和耐化學腐蝕性，具有中子吸收能力，化學性質穩(wěn)定對所有熔融金屬化學呈惰性，成型制品便于機械加工，有很高的耐濕性。在氮氣壓力下熔點為3000℃，在大氣壓下于2500℃升華。其理論密度為2.29克/立方厘米。莫氏硬度2，抗氧溫度900℃，耐高溫2000℃。氮化硼是化學惰性的材料，在氬氣氣氛下直至2700℃仍是穩(wěn)定的。若將其引入微弧氧化陶瓷膜層中，有望降低微弧氧化陶瓷膜層的摩擦系數(shù)，提升微弧氧化陶瓷膜層的耐磨性。

微弧氧化技術，又被稱為等離子體氧化，陽極火花沉積等，是一種新興的表面處理技術，被廣泛的運用于鋁及鋁合金制品。微弧氧化與傳統(tǒng)陽極氧化相似，但是又大不相同，微弧氧化的電壓數(shù)值與要遠遠超過傳統(tǒng)陽極氧化，是通過電解液與相應電參數(shù)的組合，在鋁、鎂、鈦及其合金表面依靠弧光放電產(chǎn)生的瞬時高溫高壓作用，生長出以基體金屬氧化物為主的陶瓷膜層，具有表面硬度高、耐磨性能好、工藝可靠、設備簡單、操作方便等特點。鋁合金在電解液中通過高壓放電作用，其表面生成一層與基體以冶金方式結合的氧化鋁為主的陶瓷層，陶瓷質的高硬度高穩(wěn)定性滿足鋁合金改善耐磨等性能要求。

微弧氧化膜層的性能和其成分和相結構有關，而膜層的成分和相結構又和微弧氧化所用的電解液成分有很大的關系。迄今為止，有關鋁合金微弧氧化處理的電解液以硅酸鹽居多，此外所用的電解液濃度多為低濃度的堿性溶液。硅酸鹽等電解液中進行微弧氧化處理使膜層中引入其他雜質成分，降低膜層的耐磨性；使用另外一種微弧氧化電解液，即鋁酸鹽電解液，雖可以得到純氧化鋁的微弧氧化膜，但鋁合金在高濃度鋁酸鹽溶液中不能依靠常規(guī)的一步微弧氧化法成膜工藝復雜，影響膜層耐磨性。目前國內(nèi)外關于一步微弧氧化涂層技術不能得到耐磨性能良好的鋁合金微弧氧化膜層，因此提供一種將電解液體系用于鋁合金的微弧氧化處理的方法對提高膜層的保護性能具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

為了現(xiàn)有技術不足，本發(fā)明的一個目的是提供一種鋁合金表面減磨耐磨的微弧氧化涂層，HBN微粒在微弧氧化的過程中進入涂層中，制備的富含HBN的復合微弧氧化陶瓷膜層具有較低的摩擦系數(shù)和摩擦失重，即具有高耐磨性和減磨性能。

本發(fā)明第二個目的是提供一種電解液體系，該電解液為添加微米或納米級六方氮化硼的醋酸鹽電解液體系。該電解液體系可使鋁合金表面陽極氧化或微弧氧化時得到高耐磨性的致密氧化膜。

本發(fā)明第三個目的是提供一種鋁合金表面減磨耐磨的微弧氧化涂層的制備方法，在電解液體系中添加微米級或納米級HBN，探究適合的電解液配方，然后在優(yōu)化電解液體系中，制得了性能優(yōu)良的高減磨性和耐磨性的陶瓷涂層。