一种铝合金表面耐磨耐蚀抗热震涂层的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铝合金表面耐磨耐蚀抗热震涂层的制备方法，该方法包括以下步骤：（1）配制电解液：以硝酸镧作为添加剂加入水中，同时添加乙二胺四乙酸盐、醋酸盐和钨酸盐制备得到电解液；（2）将铝合金置于步骤（1）中的电解液中，所述铝合金在电解液中作为正极，不锈钢作为负极，采用微弧氧化处理后，得到具有耐磨耐蚀抗热震涂层的铝合金。本发明专利技术通过选择合适的电解液，和调节相应的工艺参数来控制薄膜的形貌和显微组织，获得了具有优异的耐蚀，耐磨，结合力，硬度，抗热震性能的微弧氧化涂层。

Method for preparing aluminium alloy surface wear resistant corrosion resistant thermal shock resistant coating

The invention discloses a preparation method of the wear surface of Aluminum Alloy corrosion resistance thermal shock coating, the method comprises the following steps: (1) preparing the electrolyte using lanthanum nitrate as additive is added to water, while adding salt, acetate and tungstate prepared by electrolytic solution; (2) the Aluminum Alloy (in step 1) in the electrolyte, the Aluminum Alloy as anode in the electrolyte, stainless steel as the cathode, the micro arc oxidation treatment, Aluminum Alloy with wear and corrosion resistance coating by thermal shock. The present invention by choosing appropriate electrolyte, and to control the film parameter corresponding to the morphology and microstructure, obtained has excellent corrosion resistance, wear resistance, adhesion, hardness, thermal shock resistance of microarc oxidation coating.

【技术实现步骤摘要】
一种铝合金表面耐磨耐蚀抗热震涂层的制备方法
本专利技术属于铝合金表面处理领域，具体涉及一种铝合金表面耐磨耐蚀抗热震涂层的制备方法。
技术介绍
近些年，随着经济的高速发展，对材料和能源的需求急剧增加，给环境造成了巨大的压力。为了保持环境的可持续发展，人们开始设法减少资源的浪费，提高利用率。目前，在一些企业和工业生产中已经采用了一些措施来减少环境污染，例如在运输行业中，汽车每年释放了全球19％的温室气体，人们开始把焦点放在提高燃料的利用率，降低温室气体的排放等方面。影响车辆的能源消耗和释放气体的因素有很多，其中重量是非常关键的因素。因此，人们开始努力寻找一些轻的金属及其合金来代替传统的钢铁。轻金属中尤其是铝和镁，由于其密度(Al,2.7g/cm3；Mg,1.74g/cm3)比钢铁(7.86g/cm3)低，比强度高，易加工，在航空航天和汽车制造等领域逐渐受到重视。铝材是有色金属中使用量最大、应用最广的材料，并且它的实际应用范围还在不断扩展之中。全世界铝材的消费总量从1991年的1874.4万吨增加到2000年的2477.98万吨，十年增速达到32％，而我国的铝消费总量，从1991年的86.8万吨迅速增加到2000年的353.27万吨，增速达三倍之多。铝制品种类繁多，据统计已超过70万多种，应用遍及国民经济各部门。由于纯铝的强度较低，其用途受到一定限制，所以工业上更多采用铝合金。铝合金是一种轻合金，它以铝为基体金属元素，并由合金元素及杂质所组成的工程合金。铝合金中应用的主要元素是镁、硅、锌、铜和锰，辅助元素有铬、铁、镍、钴、钛和锆。工业铝合金分为两大类，即变形铝合金和铸造铝合金。铸造铝合金熔融态下充型性好，可获得各种近乎最终使用形状和尺寸毛坯的铝合金，其合金化不受塑性成型的限制。铸造铝合金的流动性好，具有良好的充填性，小的收缩性和低的热裂性，但塑性较差，可通过变质处理和热处理来提高其力学性能。依据可否热处理强化，变形铝合金又可分为热处理强化铝合金与非热处理强化铝合金两类。然而，铝合金的耐蚀性和耐磨性较差，限制了其应用的范围。因此，人们通过在铝的表面制备适当的薄膜来增加耐磨和耐蚀性，从而增加其应用范围。铝合金的表面处理有很多方法，例如阳极氧化，化学镀层，化学和物理气相沉积，等离子喷涂等。工业生产中的铝合金，通常使用阳极氧化的方法来制备几微米以上的薄膜。然而传统阳极氧化涂层的耐蚀性和耐磨性经常不能满足实际应用，而且阳极氧化使用强酸性的电解液，对环境危害较大。微弧氧化，又被称为阳极电火花沉积，等离子体氧化，是一种最近兴起的表面处理方法，可以在阀金属(例如铝，镁，钛，锆等)及其合金表面制备陶瓷涂层。微弧氧化与传统阳极氧化相似，但是大不相同。阳极氧化的电压范围通常为10-50V，微弧氧化电压通常超过原始氧化涂层的击穿电压，一般在400-800V之间。高的电压导致反应过程中试样表面形成大量的等离子火花，由于火花的局部热效应使薄膜中形成基体金属氧化物和更复杂的含有电解液元素的氧化物。微弧氧化薄膜与基体的结合力很高，也具有高硬度、高耐磨性、高电阻和耐蚀性等特点。同时由于微弧氧化过程对基体的热影响可以忽略，制备出的高性能薄膜对基体的机械性能影响也非常小。微弧氧化由于其低成本，无污染，可以在轻金属及其合金表面制备出的致密，高硬度，厚度大的薄膜等特点，逐渐引起了人们的关注。最近，人们开始利用微弧氧化薄膜提高轻合金的耐蚀和耐磨性能，也有人利用微弧氧化技术在材料表面制备生物薄膜，微弧氧化技术逐渐由实验走向商业应用。尽管微弧氧化技术的研究非常广泛，比如申请号为：201210165095.3的中国专利《一种铝合金表面陶瓷涂层的制备方法》，申请号为201210335148.1的中国专利《一种铝合金微弧氧化着蓝色膜层的方法》，然而薄膜的形成和生长机制还没有统一的观点。未来微弧氧化技术能针对不同的情况，调节工艺参数来控制薄膜的形貌和显微组织是扩展其商业应用的关键。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的是提供一种铝合金表面耐磨耐蚀抗热震的微弧氧化涂层。本专利技术的第二个目的是提供一种电解液体系，该电解液为添加稀土氧化物的醋酸盐电解液体系。本专利技术的第三个目的是提供一种铝合金表面耐磨耐蚀抗热震涂层的制备方法。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种铝合金表面耐磨耐蚀抗热震微弧氧化涂层，该涂层：耐蚀性能优异，腐蚀电流≥8.185×10-9A/cm2；硬度高，纳米硬度≤11GPa；涂层的磨损系数≤5.96×10-12N/m2；涂层与基体结合力≤41N。优选的，该涂层耐蚀性能优异，腐蚀电流最低可达到8.185×10-9A/cm2，腐蚀电压为-0.628V；硬度高，纳米硬度可达到11GPa；耐磨性能与不添加硝酸镧的膜层相比提升约8.3倍；涂层抗热震性能出色；涂层与基体结合力强，最高可达到41N。一种电解液体系，其特点是，所述的电解液为添加稀土氧化物的醋酸盐电解液体系。优选的，所述稀土氧化物为硝酸镧。优选的，所述硝酸镧的浓度为0.15～0.85g/L。优选的，所述硝酸镧的浓度为0.25～0.35g/L，0.35～0.45g/L，0.45～0.55g/L，0.55～0.65g/L或0.65～0.75g/L。进一步优选的，硝酸镧的浓度为0.7g/L。优选的，所述醋酸盐电解液体系的成分为乙二胺四乙酸盐、醋酸盐和钨酸盐。优选的，所述乙二胺四乙酸盐、醋酸盐和钨酸盐分别为乙二胺四乙酸二钠、醋酸钠、钨酸钠。优选的，所述乙二胺四乙酸二钠、醋酸钠、钨酸钠的浓度分别为：乙二胺四乙酸二钠的浓度为0.2～1g/L，醋酸钠的浓度为5～15g/L，钨酸钠的浓度为1～5g/L。优选的，所述乙二胺四乙酸二钠的浓度为0.4～0.6g/L，醋酸钠的浓度为9～11g/L，钨酸钠的浓度为2～4g/L。进一步优选的，醋酸钠的浓度为10g/L，乙二胺四乙酸二钠的浓度为0.5g/L，钨酸钠的浓度为3g/L。最优选的，醋酸钠的浓度为10g/L，乙二胺四乙酸二钠的浓度为0.5g/L，钨酸钠的浓度为3g/L，硝酸镧的浓度为0.7g/L。一种铝合金表面耐磨耐蚀抗热震涂层的制备方法，其特点是，包括选用上述电解液体系的步骤。具体包括以下步骤：(1)配制电解液：以硝酸镧作为添加剂加入水中，同时添加乙二胺四乙酸盐、醋酸盐和钨酸盐制备得到电解液；(2)将铝合金置于步骤(1)中的电解液中，所述铝合金在电解液中作为正极，不锈钢作为负极，采用微弧氧化处理后，得到具有耐磨耐蚀抗热震涂层的铝合金。优选的，所述硝酸镧的浓度为0.15～0.85g/L。优选的，所述硝酸镧的浓度为0.25～0.35g/L，0.35～0.45g/L，0.45～0.55g/L，0.55～0.65g/L或0.65～0.75g/L。进一步优选的，硝酸镧的浓度为0.7g/L。步骤(1)中，所述乙二胺四乙酸盐包括乙二胺四乙酸二钠等，所述醋酸盐包括醋酸钠等，所述钨酸盐包括钨酸钠等。优选的，乙二胺四乙酸盐的浓度为0.2～1g/L，醋酸盐的浓度为5～15g/L，钨酸盐的浓度为1～5g/L。优选的，乙二胺四乙酸二钠的浓度为0.4～0.6g/L，醋酸钠的浓度为9～11g/L，钨酸钠的浓度为2～4g/L。进一步优选的，醋酸钠的浓度为10g/L，乙二胺四乙酸二钠的浓度为0.5g本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝合金表面耐磨耐蚀抗热震微弧氧化涂层，其特征是，该涂层：耐蚀性能优异，腐蚀电流≥8.185×10

【技术特征摘要】
1.一种铝合金表面耐磨耐蚀抗热震微弧氧化涂层，其特征是，该涂层：耐蚀性能优异，腐蚀电流≥8.185×10-9A/cm2；硬度高，纳米硬度≤11GPa；涂层的磨损系数≤5.96×10-12N/m2；涂层与基体结合力≤41N。2.一种电解液体系，其特征在于，所述的电解液为添加稀土氧化物的醋酸盐电解液体系；优选的，所述稀土氧化物为硝酸镧。3.一种铝合金表面耐磨耐蚀抗热震微弧氧化涂层的制备方法，其特征是，选用权利要求2所述的电解液体系。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述醋酸盐电解液体系的成分为乙二胺四乙酸盐、醋酸盐和钨酸盐；优选的，所述乙二胺四乙酸盐、醋酸盐和钨酸盐分别为乙二胺四乙酸二钠、醋酸钠、钨酸钠；优选的，所述乙二胺四乙酸二钠、醋酸钠、钨酸钠的浓度分别为：乙二胺四乙酸二钠的浓度为0.2~1g/L，醋酸钠的浓度为5~15g/L，钨酸钠的浓度为1~5g/L；优选的，所述乙二胺四乙酸二钠的浓度为0.4~0.6g/L，醋酸钠的浓度为9~11g/L，钨酸钠的浓度为2~4g/L；进一步优选的，醋酸钠的浓度为10g/L，乙二胺四乙酸二钠的浓度为0.5g/L，钨酸钠的浓度为3g/L。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，硝酸镧的浓度为0.15~0.85g/L；优选的，所述硝酸镧的浓度为0.25~0.35g/L，0.35~0.45g/L，0.45~0.55g/L，0.55~0.65g/L或0.65~0.75g/L；进一步优选的，硝酸镧...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈传忠，林兆擎，于慧君，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37