一种纯铜表面耐蚀黑色微弧氧化膜的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种纯铜表面耐蚀黑色微弧氧化膜的制备方法，以纯铜为基体，以含有铝酸盐、硅酸盐、次亚磷酸盐、硫酸盐、钨酸盐的混合溶液为电解质溶液，采用脉冲电源进行微弧氧化处理，在纯铜表面生成耐蚀黑色微弧氧化膜。

A preparation method of corrosion resistant black micro arc oxidation film on the surface of pure copper

【技术实现步骤摘要】
一种纯铜表面耐蚀黑色微弧氧化膜的制备方法
本专利技术材料表面处理技术，涉及纯铜的表面陶瓷化处理技术，具体是一种纯铜表面制备黑色耐蚀微弧氧化膜的方法。
技术介绍
铜具有良好的强度、机械加工性能、以及优良的电及热传导性能等特点。长期以来，被广泛应用于工业、军事及民用等各个领域，是不可或缺的重要金属材料之一。但是铜的耐蚀性能较差，世界各国由于铜腐蚀而造成的损失占国民收入GDP都有一定的比例。因此，提高铜的耐蚀性能具有重要意义。另外，现代工业对涂层的颜色也有一定要求，黑色作为一种普遍“百搭”颜色，受到格外青睐。制备黑色涂层，也一直是金属表面涂层的领域的一个努力的方向。微弧氧化是近几年发展起来的一种金属表面强化技术，可以在金属表面制备高硬度的耐磨、耐蚀涂层，大大提高金属基体的性能。微弧氧化技术已经成为材料表面研究领域的热点。但是，一直以来该技术仅在所谓阀金属及其合金表面处理上获得了直接应用，如Al、Mg、Ti及其合金，在黑色金属和其他有色金属如铜等表面直接应用的效果一直不佳。对于钢铁材料的应用已经取得突破并且逐渐出现了较多的报道，而微弧氧化在铜方面的报道相对较少。微弧氧化技术被众多的学者认为实用的金属表面强化和功能化的技术，目前已经在Al、Mg、Ti及其合金等所谓阀金属及其合金表面取得了很大的应用，并被认为将有更加广阔应用前景的。长久以来微弧氧化技术一直被认为只能适用于阀金属，其原因是铝镁等阀金属，在阳极电极初期会很快在金属表面生长出一层氧化物膜层，快速形成“金属－氧化物膜层－电解液”这一三相两界面的体系。而这种金属－氧化物膜层－电解液这一体系中对阳极电流具有显著地阻碍作用。这些金属在电解过程中，允许较大的阴极电流通过，而阳极电流则较小，即阳极电流难以通过，这些金属在阳极作用下显示出很高的阻抗，将整个体系的压降都落到金属表面，这就是阳极较高压降产生的原因。当阳极电压降达到其击穿电压时，便产生了击穿放电，微弧氧化技术即基于此。实践证明由于击穿产生的微弧放电，如果能够很好的成膜并附着在基体金属表面，对金属具有极大的强化和防护作用。当然，目前已经可以从功能涂层或者薄膜地角度来利用微弧氧化，即以制备和获得功能涂层或者薄膜为目的，而非或者仅仅是从强化和防护基体金属地角度来考虑，如钛合金表面的光催化、电催化功能薄膜等。其他常见金属如钢铁、铜、锌等，等不属于阀金属，一般长期以来，一般认为微弧氧化技术不能直接用于钢铁、铜、锌等非阀金属上。但是，一方面，由于微弧氧化技术的各种优势，另一方面由于钢铁、铜等金属材料仍然是最常用的金属材料。国内外学者一直在努力试图直接对钢铁和铜直接进行微弧氧化研究。对于钢铁，一般是先在钢铁材料表面制备阀金属层，一般是铝层居多，然后再进行微弧氧化处理。如热喷涂/微弧氧化、等离子喷涂/微弧氧化、热浸铝/微弧氧化等一系列方法，其主要差别是采用了不同的方法进行铝层镀覆，最近，微弧氧化在钢铁表面直接处理，也获得一些突破性进展，既从技术层面拓宽了微弧氧化的应用，也从原理上丰富了微弧氧化理论。对于金属铜及其合金，目前还没有见到公开报道的直接进行微弧氧化处理的研究报道。本专利技术即是在上述背景下提出的。本专利技术利用微弧氧化技术的特点，将基体金属扩大到纯铜，在合适的电解液体系中，实现了纯铜表面高硬度黑色微弧氧化膜的制备，达到了进一步改善纯铜性能的目的。
技术实现思路
为了克服微弧氧化技术在传统非阀金属纯铜表面处理直接应用上的不足，本专利技术提供一种在纯铜表面利用微弧氧化技术制备防护涂层的方法，是一项在纯铜表面制备氧化物陶瓷膜层的新技术。通过微弧氧化法使纯铜表面陶瓷化，改善铜耐蚀性能，并同时获得黑色这种较为广泛使用的颜色。本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。一种纯铜表面耐蚀黑色微弧氧化膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)首先进行简单除油去污清洗；(2)将纯铜基体置于电解质溶液中作为阳极，采用脉冲电源进行微弧氧化处理；所述电解质溶液中含有适量浓度下列组分：铝酸盐，硅酸盐，次亚磷酸盐，硫酸盐，钨酸盐；(3)将表面生成了微弧氧化膜的金属试样进行清洗、干燥。进一步地，微弧氧化处理的工艺为：施加电压为0-680v，频率在60-3000Hz，峰值电流密度为6-12A/cm2，处理时间10-60min。进一步地，所述电解液包括以下浓度的物质：硅酸钠20-60g/l，铝酸钠2-10g/l，次亚磷酸钠0.8-1.6g/l，硫酸钠0.5-2g/l，钨酸钠0.5-2g/l。进一步地，所制备的氧化膜的测得电化学腐蚀电流密度为1.32*10-7A/cm2，腐蚀电位为-172mv。进一步地，所述电解液包括以下浓度的物质：硅酸钠0.5-2g/l，铝酸钠8-10g/l，次亚磷酸钠0.8-1.6g/l，硫酸钠0.2-2g/l，钨酸钠0.5-2g/l。进一步地，所制备的氧化膜的电化学腐蚀电流密度为8.76*10-6A/cm2，腐蚀电位为-152mv。进一步地，在纯铜表面生成的微弧氧化膜的厚度为在30um以上。本专利技术所述的方法，以纯铜为基体，通过改变电解液的成成份，在纯铜直接制备氧化物陶瓷膜，同时制备的陶瓷膜为黑色，黑色是具有较强亲和力的颜色，具有非常好的协调搭配性能。本专利技术的独到之处和有益效果是：(1)利用不同电源模式所提供的不同的能量供应方式和适当的电解液体系，激活并增强铜在阳极上发生化学过程，产生等离子体反应，实现了铜的等离子体液相电解沉积陶瓷膜，扩大了等离子体液相电解沉积技术的应用范围。(2)膜层的主相可以调节，例如以铝氧化物为主相，厚度可以调节，一般在30um以上。(3)除普通膜层外，本专利技术在制备陶瓷膜层的同时也可以实现黑色这一独具亲和力的颜色膜层的制备，具有非常好的协调搭配性能，在保持膜层良好性能的基础上为进一步开发兼顾装饰性能创造了条件。附图说明图1为实施例二所制备的样品的实物图。图2为实施例二所制备的样品的SEM图。具体实施方式下面结合附图以及具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。实施例一:(1)以纯铜为基体材料，经600#、1000#、2000#SiC砂纸打磨后用清水冲洗、蒸馏水冲洗后干燥。试样用聚四氟乙烯包裹露出反应面积尺寸为20㎜×20㎜×0.2㎜；(2)配置如下质量浓度的电解液：硅酸钠20-60g/l，铝酸钠2-10g/l，次亚磷酸钠0.8-1.6g/l,硫酸钠0.5-2g/l，钨酸钠0.5-2g/l；(3)以纯铜为阳极，接通脉冲电源，设定阳极峰值电流密度为12A/cm2，阳极电压0-600V，阴极电流密度为12A/cm2，频率3000Hz，微弧氧化30分钟。(4)反应完毕后，取出带有陶瓷膜层的试样用去离子水冲洗，自然凉干。在纯铜试样表面生成一层约50μm膜层；陶瓷膜颜色为深黑色。在3.5％氯化钠溶液中采用三电极体系进行电化学极化曲线测试，采用带有涂层的试样为工作电极，铂片本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纯铜表面耐蚀黑色微弧氧化膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)首先进行简单除油去污清洗；/n(2)将纯铜基体置于电解质溶液中作为阳极，采用脉冲电源进行微弧氧化处理；所述电解质溶液中含有适量浓度下列组分：铝酸盐，硅酸盐，次亚磷酸盐，硫酸盐，钨酸盐；/n(3)将表面生成了微弧氧化膜的金属试样进行清洗、干燥。/n

【技术特征摘要】
1.一种纯铜表面耐蚀黑色微弧氧化膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)首先进行简单除油去污清洗；
(2)将纯铜基体置于电解质溶液中作为阳极，采用脉冲电源进行微弧氧化处理；所述电解质溶液中含有适量浓度下列组分：铝酸盐，硅酸盐，次亚磷酸盐，硫酸盐，钨酸盐；
(3)将表面生成了微弧氧化膜的金属试样进行清洗、干燥。


2.根据权利要求1所述的纯铜表面耐蚀黑色微弧氧化膜的制备方法，其特征在于，微弧氧化处理的工艺为：施加电压为0-680v，频率在60-3000Hz，峰值电流密度为6-12A/cm2，处理时间10-60min。


3.根据权利要求1所述的纯铜表面耐蚀黑色微弧氧化膜的制备方法，其特征在于，所述电解液包括以下浓度的物质：硅酸钠20-60g/l，铝酸钠2-10g/l，次亚磷酸钠0.8-1.6g/l，硫酸钠0.5-2g/l，钨酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：王云龙，冯仁超，王淼，姜燕，张昊，孙善善，赵梦玺，刘博鑫，林朝森，刘秀清，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32