铝及铝合金表面聚偏氟乙烯/氧化铝复合膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铝及铝合金表面聚偏氟乙烯/氧化铝复合膜及其制备方法，利用微弧氧化在溶液中引入锆盐，在陶瓷膜中生成氧化锆；引入聚偏氟乙烯在陶瓷膜中生成聚偏氟乙烯涂层，从而封闭微弧氧化陶瓷膜中的微孔，改变陶瓷膜与腐蚀介质的截面与表面张力/浸润角，提高了涂层的耐碱与耐酸腐蚀等性能，所得的铝及铝合金表面聚偏氟乙烯/氧化铝复合膜耐中性NaCl盐雾腐蚀高达500h以上，显微硬度高达950Hv，耐压1000V，绝缘电阻高达495MΩ，碱滴腐蚀时间达227s以上，对铝或铝合金的材质、形状以及尺寸等均无特殊要求，具有广泛的适用性。

Polyvinylidene fluoride/alumina composite film on aluminium and its preparation method

The invention discloses a polyvinylidene fluoride/alumina composite film on the surface of aluminium and aluminium alloy and its preparation method. Zirconium oxide is formed in ceramic film by introducing zirconium salt into solution by micro-arc oxidation, and polyvinylidene fluoride coating is formed in ceramic film by introducing polyvinylidene fluoride, so as to seal the micropore in ceramic film by micro-arc oxidation, change the cross section and surface tension of ceramic film and corrosion medium./ The wetting angle improves the alkali resistance and acid resistance of the coating. The obtained polyvinylidene fluoride/alumina composite film on the surface of aluminium and aluminium alloys can resist neutral NaCl salt spray corrosion for more than 500 hours, with a microhardness of up to 950 Hv, a voltage resistance of 1000V, an insulation resistance of up to 495 M, and an alkali drop corrosion time of over 227 s. There are no special requirements for the material, shape and size of aluminium or aluminium alloys. It has wide applicability.

【技术实现步骤摘要】
铝及铝合金表面聚偏氟乙烯/氧化铝复合膜及其制备方法
本专利技术涉及金属材料表面处理
，具体涉及一种铝及铝合金表面聚偏氟乙烯/氧化铝复合膜及其制备方法。
技术介绍
铝合金是在现代工业合金中运用最广泛的合金之一。通过在铝基体中添加一定量的铜、硅、铝、锌、锰，以及少量的镍、铁、钛、铬、锂等元素使得铝合金在保持纯铝质量轻等优点的同时，还能具有比较高的强度。这样使得其“比强度”胜过很多合金钢，成为理想的结构材料，广泛用于航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业等方面，例如飞机的机身、蒙皮、压气机等常以铝合金制造，以减轻自重。采用铝合金代替钢板材料的焊接，结构重量可减轻50％以上。由于铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材；同时，具有优良的导电性、导热性和耐腐性等优点。微弧氧化工艺是近年来发展起来的一种有色金属(如铝、铝、钛等)表面处理工艺，尤其是从二十世纪九十年代开始，该工艺已成为国内学术界的研究热点，并且逐渐得到产业界的认可。尤其是铝合金表面微弧氧化处理，由于微弧氧化陶瓷层的较高硬度、抗擦伤及抗腐蚀等能力，使该技术广泛地应用于铝合金产品的表面处理。目前对铝合金微弧氧化时，多采用硅酸盐、磷酸盐和偏铝酸盐溶液体系，制备的陶瓷膜在硬度、耐磨性等方面得到明显地提高；然而，在铝合金表面制备的陶瓷膜为两性氧化物，既不耐酸腐蚀也不耐碱腐蚀。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种铝及铝合金表面聚偏氟乙烯/氧化铝复合膜及其制备方法，利用微弧氧化在溶液中引入锆盐，在陶瓷膜中生成氧化锆；引入聚偏氟乙烯在陶瓷膜中生成聚偏氟乙烯涂层，从而封闭微弧氧化陶瓷膜中的微孔，改变陶瓷膜与腐蚀介质的截面与表面张力/浸润角，提高了涂层的耐碱与耐酸腐蚀等性能，所得的铝及铝合金表面聚偏氟乙烯/氧化铝复合膜耐中性NaCl盐雾腐蚀高达500h以上，显微硬度高达950Hv，耐压1000V，绝缘电阻高达495MΩ，碱滴腐蚀时间达227s以上。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现。(一)一种铝及铝合金表面聚偏氟乙烯/氧化铝复合膜，包括以下原料：聚偏氟乙烯溶液、氟锆酸铵、磷酸二氢钠、六偏磷酸钠、硼砂和水。优选的，所述聚偏氟乙烯溶液的溶剂为二甲基亚砜。优选的，所述原料的用量为：聚偏氟乙烯溶液100-250份、氟锆酸铵5-50份、磷酸二氢钠20-30份、六偏磷酸钠14-20份和硼砂15-25份。优选的，所述聚偏氟乙烯溶液与水的体积比为：(0.1-0.25)：1。优选的，所述聚偏氟乙烯溶液中聚偏氟乙烯的浓度为10-50g/L。(二)一种铝及铝合金表面聚偏氟乙烯/氧化铝复合膜的制备方法，包括以下步骤：步骤1，将聚偏氟乙烯溶于二甲基亚砜中，得聚偏氟乙烯溶液；步骤2，将氟锆酸铵、聚偏氟乙烯溶液、磷酸二氢钠、六偏磷酸钠和硼砂加入水中，搅拌均匀，调节pH值至6～7，得锆盐体系溶液；步骤3，对所述锆盐体系溶液进行超声分散，微弧氧化，得铝及铝合金表面聚偏氟乙烯/氧化铝复合膜。优选的，步骤2中，所述调节pH值采用柠檬酸钠进行调节。优选的，步骤3中，所述超声分散的频率为40KHZ，超声分散的温度为15～25℃，超声分散的时间为30min。优选的，步骤3中，所述微弧氧化的方法为：将锆盐体系溶液置于微弧氧化处理槽中作为微弧氧化电解液，将铝或铝合金置于微弧氧化电解液中作为阳极，将不锈钢板置于微弧氧化电解液中作为阴极，采用微弧氧化脉冲电源，在脉冲频率为100～2000Hz，占空比为5～50％的条件下进行微弧氧化。进一步优选的，步骤3中，所述微弧氧化的脉冲频率为500～700Hz，微弧氧化的占空比为15～30％。优选的，步骤3中，所述微弧氧化的温度为10～50℃，微弧氧化的时间为15～65min。进一步优选的，步骤3中，将铝或铝合金先在电压为50～250V的条件下微弧氧化5min，然后将电压升至300～450V后继续微弧氧化10min～60min。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1)本专利技术所得的铝及铝合金表面聚偏氟乙烯/氧化铝复合膜的制备方法中，通过在微弧氧化电解液中添加锆离子，并且对微弧氧化工艺进行优化，将聚偏氟乙烯有机物与微弧氧化相结合，从而在铝或铝合金表面原位生长聚偏氟乙烯/氧化铝(Al2O3)复合陶瓷膜，充分利用ZrO2优异的抗腐蚀性，聚偏氟乙烯的封孔作用，提高陶瓷膜的耐蚀性。所得的铝及铝合金表面聚偏氟乙烯/氧化铝复合膜耐中性NaCl盐雾腐蚀高达500h以上，显微硬度高达950Hv以上，耐压1000V，绝缘电阻高达495MΩ，碱滴腐蚀时间达227s。而采用传统的微弧氧化溶液如硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐等制备的铝及铝合金表面陶瓷膜的耐中性NaCl盐雾腐蚀时间小于300h，碱滴腐蚀时间小于30s，耐压500V，由此说明本专利技术微弧氧化处理后聚偏氟乙烯/Al2O3复合膜的效果优良。(2)本专利技术能够在铝或铝合金表面获得光滑且致密的聚偏氟乙烯/Al2O3复合陶瓷膜。该陶瓷膜厚度在30μm以内时，陶瓷膜的表面粗糙度(Ra)小于1μm，通常情况下不会增加铝或铝合金工件的表面粗糙度；经显微组织分析表明，该陶瓷膜表面微孔的平均直径小于2μm，且微孔直径随着陶瓷膜厚度的增加而减小，陶瓷膜生长具有自封闭趋势。而采用传统的微弧氧化溶液和微弧氧化工艺制备的铝及铝合金表面陶瓷膜的表面粗糙度和微孔直径均随着陶瓷膜厚度的增加而增大。(3)本专利技术所使用的锆盐体系溶液，其连续使用寿命高达6个月以上；且该体系溶液中不含有高价铬等对环境产生严重污染的金属离子，加之使用寿命长，因此该体系溶液具有稳定长效、绿色环保的优点。(4)本专利技术对铝或铝合金的材质、形状以及尺寸等均无特殊要求，凡是浸没在锆盐体系溶液中的铝或铝合金，经本专利技术微弧氧化处理后均能够在表面获得均匀且致密的陶瓷膜，因此本专利技术具有广泛的适用性。附图说明下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。图1为实施例1的铝合金的外观图；其中，图(a)为微弧氧化处理前的铝合金的外观图；图(b)为未添加聚偏氟乙烯溶液微弧氧化处理后铝合金的外观图；图(c)为微弧氧化处理后铝合金的外观图；图2为实施例1铝合金的浸润角图；其中，图(a)为微弧氧化处理前的铝合金的浸润角图；图(b)为未添加聚偏氟乙烯溶液微弧氧化处理后铝合金的浸润角图；图(c)为微弧氧化处理后铝合金的浸润角图；图3为实施例1铝合金的碱滴腐蚀前图；其中，图(a)为微弧氧化处理前的铝合金的碱滴腐蚀前图；图(b)为未添加聚偏氟乙烯溶液微弧氧化处理后铝合金的碱滴腐蚀前图；图(c)为微弧氧化处理后铝合金的碱滴腐蚀前图；图4为实施例1铝合金的碱滴腐蚀后图；其中，图(a)为微弧氧化处理前的铝合金的碱滴腐蚀后图；图(b)为未添加聚偏氟乙烯溶液微弧氧化处理后铝合金的碱滴腐蚀后图；图(c)为微弧氧化处理后铝合金的碱滴腐蚀后图；图5为实施例1铝合金的截面SEM图，放大倍数为1000倍；其中，图(a)为微弧氧化处理生成的聚偏氟乙烯/氧化铝复合膜的截面SEM图；图(b)为未添加聚偏氟乙烯溶液微弧氧化处理生成的陶瓷膜的截面SEM图；图6为实施例1铝合金的表面SEM图，放大倍数为500倍；其中，图(a)为铝合金微弧氧化处理生成的聚偏氟乙烯/氧化铝复合陶瓷膜的表面SEM图，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝及铝合金表面聚偏氟乙烯/氧化铝复合膜，其特征在于，包括以下原料：聚偏氟乙烯溶液、氟锆酸铵、磷酸二氢钠、六偏磷酸钠、硼砂和水。

【技术特征摘要】
1.一种铝及铝合金表面聚偏氟乙烯/氧化铝复合膜，其特征在于，包括以下原料：聚偏氟乙烯溶液、氟锆酸铵、磷酸二氢钠、六偏磷酸钠、硼砂和水。2.根据权利要求1所述的铝及铝合金表面聚偏氟乙烯/氧化铝复合膜，其特征在于，所述聚偏氟乙烯溶液的溶剂为二甲基亚砜。3.根据权利要求1所述的铝及铝合金表面聚偏氟乙烯/氧化铝复合膜，其特征在于，所述原料的用量为：聚偏氟乙烯溶液100-250份、氟锆酸铵5-50份、磷酸二氢钠20-30份、六偏磷酸钠14-20份和硼砂15-25份。4.根据权利要求1所述的铝及铝合金表面聚偏氟乙烯/氧化铝复合膜，其特征在于，所述聚偏氟乙烯溶液与水的体积比为(0.1-0.25)：1。5.根据权利要求2所述的铝及铝合金表面聚偏氟乙烯/氧化铝复合膜，其特征在于，所述聚偏氟乙烯溶液中聚偏氟乙烯的浓度为10-50g/L。6.一种铝及铝合金表面聚偏氟乙烯/氧化铝复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将聚偏氟乙烯溶于二甲基亚砜中，得聚偏氟乙烯溶液；步骤2，将氟锆酸铵、聚偏氟乙烯溶液、磷酸二氢钠、六偏磷酸钠和硼砂加入水中，搅拌均匀，调节pH值至6～7，得锆盐...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宏，白文哲，郝建民，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61