一种5XXX铝及铝合金表面高耐蚀单致密微弧氧化膜层的制备方法技术

一种5XXX铝及铝合金表面高耐蚀单致密微弧氧化膜层的制备方法，其特征在于，它包括下列步骤：A.在低压阶段进行铝及铝合金致密钝化膜层的制备；B.在单脉冲高压阶段在含络合剂电解液体系中制备高压三氧化二铝膜层；C.在双向脉冲模式下在含燃烧剂络合体系中进行三氧化二铝/尖晶石单致密膜层的烧结。用本发明专利技术方法获取的5XXX铝及铝合金表面高耐蚀单致密微弧氧化膜层几乎没有任何疏松层，结构完整致密，厚度均匀，与基体结合牢固，实现5XXX铝及铝合金更加优异的耐蚀、耐磨损及高硬度的表面功能层。另外，整个工艺具有流程简单、设备低廉及环境友好等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种5XXX铝及铝合金表面高耐蚀单致密微弧氧化膜层的制备方法
本专利技术属于金属表面处理
，特别是一种5XXX铝及铝合金表面高耐蚀单致密微弧氧化膜层的制备方法。
技术介绍
铝合金一直是国防工业中应用最广泛的金属材料之一，因其具有密度低，强度高，加工性能好等特点，可制成各种截面的型材、管材、板材等。所以,铝合金是构件轻量化首选的轻质结构材料，而造船用铝合金一般采用铝镁系列合金(5XXX系列)和铝镁硅系列合金(6XXX系列)，作为一些船舶的船体结构材料，设备用材和上层建筑用材5XXX系列铝合金密度低，可焊性好，塑性优秀的5XXX系列合金又称防锈铝，可焊性好，硬度高。虽然其有较好的耐蚀性，但海水中的氯离子使点蚀成为其主要局部腐蚀，对铝合金的强度、塑性、疲劳性能等都造成极大的损害，缩短了铝合金的使用寿命。因此，解决有效的防护是推动5XXX系列铝合金应用的关键所在。微弧氧化(PlasmaElectrolyticOxidation或Micro-arcOxidation)是一种在金属表面原位生长陶瓷性氧化膜的制备技术，是一种特殊的阳极氧化。由于采用较高的电压，氧化过程除发生电化学反应外，还包括等离子化学、热化学反应，伴随有等离子微弧放电现象。正是由于等离子体放电所造成的局部高温高压烧结作用，使所形成的氧化膜具有晶态的陶瓷性结构。该氧化膜结合力优良，并且硬度、耐磨性以及强度较高。另外，微弧氧化还是一种环境友好的技术。然而，由于传统微弧氧化过程剧烈的微弧火花向外喷发特性以及涂层/溶液界面的低温烧结这一固有特征，导致所形成的涂层均由致密内层和疏松外层所组成，两者厚度比例为2：1～4：1；此外，由于疏松层的烧结温度较低，其主要成分为γ-Al2O3；因此，当传统微弧氧化涂层与外界介质接触时，其耐腐蚀性和耐磨性均因疏松层的存在而大幅度降低。目前，主要的解决办法是将疏松层完全打磨掉，保留具有较高α-Al2O3含量的致密层，实现涂层整体耐磨性和耐腐蚀性的提高；但是，针对形状特别复杂或者体积庞大的样件，机械打磨很难将疏松层完全去除，同时，也大幅度增加了微弧氧化的生产成本。因此，如何通过调整和设计微弧氧化新工艺，降低或去除其疏松层，实现具有高含量α-Al2O3/单致密微弧氧化涂层的制备，将是微弧氧化技术一项重要突破。为了提高微弧氧化陶瓷膜的致密性，最常规的方法是改变电解液的组分、变换电参数(电压、频率等)或添加第二相颗粒等。目前，所制备的氧化膜中普遍采用硅酸钠体系，然而，硅酸钠是一种强碱性的溶液，其pH约为12～14左右。因此，溶液存在大量的OH-不可避免地为氧化膜输送大量的氧原子，进而造成氧化膜层/溶液界面产生大量地氧气，从而引起疏松层大量的孔洞。所以，为进一步增加氧化膜的致密性，研究发展新的适合于5XXX铝合金微弧氧化膜的致密化新的溶液体系十分必要和迫切。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种5XXX铝及铝合金表面高耐蚀单致密微弧氧化膜层的制备方法，膜层不仅与基体结合牢固，而且具有完整致密性并表现出较高的厚度，其疏松层与致密层的比例能够由1：3提高到1：6甚至几乎完全消失，同时，膜层的相结构也从γ-Al2O3为主变成α-Al2O3为主，从而为5XXX铝合金提供了更加耐蚀、耐磨及高硬度的表面综合性能。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种5XXX铝及铝合金表面高耐蚀单致密微弧氧化膜层的制备方法，它包括下列步骤：A.在低压阶段进行铝及铝合金致密钝化膜层的制备；该钝化膜能够防止在氧化初期含镁第二相被微弧氧化电解液所腐蚀，提高初期氧化膜的生长速和均匀度；B.在单脉冲高压阶段在含络合剂电解液体系中制备高压三氧化二铝膜层；C.在双向脉冲模式下在含燃烧剂络合体系中进行三氧化二铝/尖晶石单致密膜层的烧结。进一步的，所述步骤A的具体过程如下：将5XXX铝或铝合金经过打磨、抛光、除油等预处理后，在钝化液中进行直流钝化，该钝化液的成分为：主盐：氢氧化钠，20～50g/L；添加剂：硅酸钠，5～10g/L；稳定剂：氟化钠，2～5g/L；余量为水；致密钝化膜层的制备过程中，钝化液温度为20～50℃，电源模式为直流阳极氧化，氧化电压范围为0～300V，氧化时间为5～10分钟，电流密度0.5～5A/dm2，获得的氧化膜厚度为2～5um。进一步的，所述步骤B的具体过程如下：在含络合剂电解液体系中进行，该含络合剂电解液体系的成分为：主盐：硅酸钠或者硅酸钾，10～80g/L；pH调节剂：氢氧化钠或者氢氧化钾，1～10g/L；和氢氟酸或酒石酸或硼酸，1～10ml/L；稳定剂：乙二胺四乙酸二钾或者乙二胺四乙酸二钠，和氟化钾或者氟化钠，1～10g/L；添加剂：草酸钾或者草酸钠，和醋酸钾或者醋酸钠，5～30g/L；余量为水；在高压三氧化二铝膜层的制备过程中，电解液温度20～50℃，电源模式为单脉冲，氧化终电压为350～550V，氧化时间为5～60分钟，电流密度1～3A/dm2，频率为100～1000Hz，占空比为10％～90％，获得的氧化膜厚度为5～20um。进一步的，所述步骤C的具体过程如下：在含燃烧剂络合体系中进行，该含燃烧剂络合体系的成分为：主盐：草酸钠，20～50g/L；pH调节剂：氢氟酸、硼酸或酒石酸，5～20ml/L；稳定剂：乙二胺四乙酸二钾或者乙二胺四乙酸二钾钠，和氟化钾或者氟化钠，0.5～3g/L；添加剂：磷酸盐，和硅酸钾或者硅酸钠，1～5g/L；燃烧剂：硬脂酸钠，0.5g～3g/L；余量为水；三氧化二铝/尖晶石单致密膜层制备过程中，电解液温度20～50℃，电源模式为双脉冲，氧化时间为60～240分钟，正向终电压为400～650V，负向终电压为50～300V，电流密度5～20A/dm2，频率为500～1000Hz，正向脉冲占空比为10～70％、负向脉冲占空比为50％～10％，获得的氧化膜厚度为30～100um；经过烘干后，在5XXX铝及铝合金表面制备高耐蚀单致密微弧氧化膜层。进一步的，所述磷酸盐为正磷酸钾、正磷酸钾钠、磷酸二氢钾、磷酸二氢钠、磷酸一氢钾、磷酸一氢钠、三聚磷酸钾或三聚磷酸钠。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过开发多步骤控制的含有燃烧剂的络合电解液体系，实现了铝合金表面单致密层/高α-Al2O3含量的微弧氧化涂层制备，大幅度降低了涂层的孔隙率并提高其均匀性，从而实现其表面的高耐蚀性。与现有技术相比，本专利技术具有以下显著的优点：1.本专利技术的陶瓷膜完整致密、厚度均匀，与基体结合良好，而且还具有良好的耐磨性和硬度。其疏松层与致密层的比例已由1：3提高到1：6甚至几乎完全消失疏松层，因此，该防护层可表现出更加耐蚀、耐磨及高硬度的表面功能涂层。2.本专利技术微弧氧化体系中的单致密陶瓷膜主要相组成为α-Al2O3和尖晶石，取代了传统陶瓷膜的主要组成为γ-Al2O3，实现了氧化膜内层和外层整体致密化，尤其外层中所有微孔均达到纳米级。3.本专利技术整个制备过程中具有设备低廉、原料易得、流程简单、操作便捷及环境友好等工业实用化特点。附图说明图1为本专利技术高压三氧化二铝膜层的扫描电镜图。图2为本专利技术高压三氧化二铝膜层的相结构图。图3为本专利技术三氧化二铝/尖晶石单致密膜层的扫描电镜图。图4为本专利技术三氧化二铝/尖晶石单致密膜层的相结构图。具体实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种5XXX铝及铝合金表面高耐蚀单致密微弧氧化膜层的制备方法，其特征在于，它包括下列步骤：A.在低压阶段进行铝及铝合金致密钝化膜层的制备；B.在单脉冲高压阶段在含络合剂电解液体系中制备高压三氧化二铝膜层；C.在双向脉冲模式下在含燃烧剂络合体系中进行三氧化二铝/尖晶石单致密膜层的烧结。

【技术特征摘要】
1.一种5XXX铝及铝合金表面高耐蚀单致密微弧氧化膜层的制备方法，其特征在于，它包括下列步骤：A.在低压阶段进行铝及铝合金致密钝化膜层的制备；B.在单脉冲高压阶段在含络合剂电解液体系中制备高压三氧化二铝膜层；C.在双向脉冲模式下在含燃烧剂络合体系中进行三氧化二铝/尖晶石单致密膜层的烧结。2.根据权利要求1所述的5XXX铝及铝合金表面高耐蚀单致密微弧氧化膜层的制备方法，其特征在于：所述步骤A的具体过程如下：将5XXX铝或铝合金经过打磨、抛光、除油等预处理后，在钝化液中进行直流钝化，该钝化液的成分为：主盐：氢氧化钠，20～50g/L；添加剂：硅酸钠，5～10g/L；稳定剂：氟化钠，2～5g/L；余量为水；致密钝化膜层的制备过程中，钝化液温度为20～50℃，电源模式为直流阳极氧化，氧化电压范围为0～300V，氧化时间为5～10分钟，电流密度0.5～5A/dm2，获得的氧化膜厚度为2～5um。3.根据权利要求1所述的5XXX铝及铝合金表面高耐蚀单致密微弧氧化膜层的制备方法，其特征在于：所述步骤B的具体过程如下：在含络合剂电解液体系中进行，该含络合剂电解液体系的成分为：主盐：硅酸钠或者硅酸钾，10～80g/L；pH调节剂：氢氧化钠或者氢氧化钾，1～10g/L；和氢氟酸或酒石酸或硼酸，1～10ml/L；稳定剂：乙二胺四乙酸二钾或者乙二胺四乙酸二钠，和氟化钾或者氟化钠，1～10g/L；添加剂：草酸钾或者草酸钠，和醋酸钾或者醋酸钠，5～30g/L；余量为水；在高...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹京宜，张伟，杨延格，孙东明，贾瑞灵，李亮，张寒露，褚广哲，
申请(专利权)人：中国人民解放军九二二二八部队，
类型：发明
国别省市：北京,11