制备含有α-氧化铝的氧化膜的方法以及器皿技术

本发明专利技术提供一种制备含α-氧化铝的氧化膜的方法，包括步骤：S1：通过阳极氧化在铝或铝合金表面制作阳极氧化膜；S2在已形成阳极氧化膜的铝合金表面，采用温度为1500℃以上的高能量密度热源对阳极氧化膜进行焙烧，使阳极氧化膜中的氧化铝发生α相变，形成含有α-氧化铝的氧化膜；所述热源优选乙炔-纯氧火焰、等离子弧、激光或其组合。通过高温、高能量密度的热源对阳极氧化膜进行焙烧，可以使阳极氧化膜中的γ-氧化铝、水合氧化铝在高温下转化成α-氧化铝。经过α相变的氧化膜具有多孔层结构，硬度达到1000HV以上，得到的氧化膜更加耐磨。同时，由于α-氧化铝化学稳定性最好，因而提升了氧化膜的耐腐蚀性。本发明专利技术还提供一种含有α-氧化铝的氧化膜的器皿。化铝的氧化膜的器皿。化铝的氧化膜的器皿。

【技术实现步骤摘要】
制备含有
α-氧化铝的氧化膜的方法以及器皿


[0001]本专利技术涉及无机材料制造
，具体地涉及一种制备含有α-氧化铝的氧化膜的方法以及涉及一种包含由该方法制备得到的氧化膜的器皿。

技术介绍

[0002]α-氧化铝(α-Al2O3)具有很高的硬度，在工业上应用广泛。工业上制作α-氧化铝(刚玉)，一般采用拜耳法生产的普通氧化铝通过焙烧得到。通常条件下，铝合金通过阳极氧化处理，形成的是硬度较低的γ-氧化铝(γ-Al2O3)、水合氧化铝(AlOOH)、水合硫酸铝(Al(OH)SO4)组成的氧化膜。
[0003]铝合金通过在高电压高电流的条件下进行微弧氧化，也能通过微弧产生的高温形成含有一定量的α-氧化铝的氧化膜。但在微弧氧化过程中，往往需要使用很高的电压(200～800V)且需要很高的电流密度(10～30A/dm2)才能形成含有α-氧化铝的氧化膜层。高电压和高电流产生的热量绝大部分被工艺中使用的溶液吸收，导致能量利用效率很低，并且需要对溶液进行冷却，导致消耗额外的电能。在现有技术中，铝合金通过在高电压高电流的条件下的微弧氧化需要很高的设备投入以及很高的制备成本，一直限制微弧氧化制备α-氧化铝在工业上的应用。因此，有必要开发一种操作简单、低成本的制备含有α-氧化铝的氧化膜的工业化方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的一方面提供一种制备含有α-氧化铝的氧化膜的方法，可以大大降低在铝合金表面制备含有α-氧化铝的氧化膜的成本。本专利技术的方法简单易行，设备投入小，可以大规模的制备含有α-氧化铝的氧化膜。
[0005]本专利技术的提供的制备α-氧化铝的氧化膜的方法包括以下步骤：
[0006]S1：通过阳极氧化在铝或铝合金表面形成阳极氧化膜；
[0007]S2：采用温度为1500℃以上、能量密度为10W/mm2以上的热源对所述阳极氧化膜进行焙烧，使所述阳极氧化膜中的氧化铝发生α相变，以形成含有α-氧化铝的氧化膜。
[0008]其中，能量密度是指高温热源本身在其能量束(例如火焰、激光束等)单位面积上的输出功率。在本申请中，高能量密度是指高温热源在其能量束单位面积上的输出功率为10W/mm2以上。
[0009]在本专利技术所述方法的步骤S2中，所述热源为可燃气体燃烧火焰等离子弧、激光或其组合。
[0010]通过采用温度为1500℃以上的高能量密度热源进行焙烧，可以使阳极氧化膜中的γ-氧化铝(γ-Al2O3)，水合氧化铝(AlOOH)在高温下转化成α-氧化铝(α-Al2O3)。热源的高温可以使这个相变反应得以发生。热源必须快速扫过阳极氧化膜表面，使阳极氧化膜中的氧化铝在吸收一定的热量(例如10KJ、15KJ、20KJ、30KJ、40KJ、50KJ、60KJ)的能量后，相变成α-氧化铝(α-Al2O3)，但氧化膜下方的铝合金基材不会发生熔融(对于乙炔-纯氧火焰而言)
且阳极氧化膜不会有肉眼可见的损伤(对于等离子弧、激光而言)。经过α相变的氧化膜硬度大为提高，普遍达到1000HV以上，得到的氧化膜更加耐磨。同时，由于α-氧化铝化学稳定性最好，因而提升了氧化膜的耐腐蚀性。
[0011]在本专利技术的所述方法的一个实施方式中，步骤S2中的热源为天然气-纯氧火焰、乙炔-纯氧火焰、乙烯-纯氧火焰、或者这几种热源的组合，采用天然气-纯氧火焰对所述阳极氧化膜进行焙烧时，每平方分米阳极氧化膜的焙烧时间为15～25秒。天然气-纯氧火焰的温度与天然气的成分有关，天然气-纯氧火焰的温度在1500～2500℃之间。一般而言，天然气-纯氧火焰的温度可以为1500～1800℃、1800～2200℃、2200～2500℃。采用乙炔-纯氧火焰对所述阳极氧化膜进行焙烧时，每平方分米阳极氧化膜的焙烧时间为5～20秒。乙炔-纯氧和/或乙烯-纯氧火焰的温度可以达到2500～3000℃。实际使用中，乙炔-纯氧和/或乙烯-纯氧火焰的温度为2500～2700℃、2700～2800℃、2800～3000℃。
[0012]在本专利技术的所述制备方法的一个实施方式中，步骤S2中的热源为等离子弧，采用等离子弧对所述阳极氧化膜进行焙烧时，每平方分米阳极氧化膜的焙烧时间为5～15秒。等离子弧的温度可以很高，达到4000℃以上。但是，在本专利技术方法，温度太高则可能导致铝或铝合金在短时间内被烧穿，因此，在本专利技术的方法，等离子弧的温度以在4000～6000℃之间为宜。例如，等离子弧的温度为4000～4500℃、4500～5000℃、5000～5500℃、5500～6000℃。
[0013]在本专利技术的所述制备方法的一个实施方式中，步骤S2中的热源为激光，采用激光对所述阳极氧化膜进行焙烧时，每平方分米阳极氧化膜的焙烧时间为20～200秒。采用激光进行焙烧时，激光的温度在4000～6000℃之间，例如，激光的温度为4000～4500℃、4500～5000℃、5000～5500℃、5500～6000℃。与可燃气体-纯氧火焰相比，虽然激光温度高，但激光光束截面积小，输出功率小，因此，采用激光进行焙烧时，焙烧时间需要长一些，具体的焙烧时间根据阳极氧化膜的厚度来决定。
[0014]进一步地，所述阳极氧化为硫酸阳极氧化且经硫酸阳极氧化后的氧化膜的厚度为15～30微米。
[0015]进一步地，所述阳极氧化为草酸阳极氧化且经草酸阳极氧化后的氧化膜的厚度为15～30微米。
[0016]进一步地，所述阳极氧化为硬质阳极氧化且经硬质阳极氧化后的氧化膜的厚度为25～100微米。
[0017]进一步地，所述阳极氧化膜的孔隙率为10～20％，经α相变后的氧化膜的孔隙率为30～40％。
[0018]本专利技术的另一方面提供一种含有α-氧化铝的氧化膜，所述氧化膜由本专利技术所述的方法制备得到。
[0019]进一步地，所述氧化膜具有α-氧化铝多孔层结构。更进一步地，所述孔贯穿整个氧化膜厚度。
[0020]进一步地，所述氧化膜的硬度为1000HV以上。
[0021]进一步地，所述氧化膜的密度为3.2～3.98g/cm3以上。
[0022]进一步地，所述氧化膜的孔隙率为30～40％。
[0023]本专利技术所述的制备含有α-氧化铝的氧化膜的方法不需要产生高电压高电流的设
备，设备成本投入低；并且在制备含有α-氧化铝的氧化膜的过程中，热源损失小，能源利用率高。此外，本专利技术的方法操作简单，易于工业化。
[0024]本专利技术的又一方面提供一种器皿，包括器皿基体以及设置在器皿基体的表面的氧化膜，其中所述氧化膜为通过本专利技术所述方法制备得到的含有α-氧化铝的氧化膜，且所述氧化膜的孔隙率为30～40％，具有很高的硬度以及很强的耐腐蚀性。
附图说明
[0025]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0026]图1是本专利技术方法的流程示意图；
[0027]图2是氧化铝在不同温度下的相变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备含α-氧化铝的氧化膜的方法，包括以下步骤：S1：通过阳极氧化在铝和/或铝合金表面形成阳极氧化膜；S2：采用温度为1500℃以上、能量密度为10W/mm2以上的热源对所述阳极氧化膜进行焙烧，使所述阳极氧化膜中氧化铝发生α相变，以形成含有α-氧化铝的氧化膜。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S2中，所述热源为可燃气体燃烧火焰、等离子弧、激光或其组合。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S2中，所述热源为天然气-纯氧火焰、乙炔-纯氧和/或乙烯-纯氧火焰，每平方分米阳极氧化膜的焙烧时间为5～20秒。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S2中，所述热源为等离子弧，每平方分米阳极氧化膜的焙烧时间为5～15秒。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S2中，所述热源为激光，每平方分米阳极氧化膜的焙烧时间为20～200秒。6.根据权利要求1至5任一项所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐存荣，
申请(专利权)人：浙江苏泊尔股份有限公司，
类型：发明
国别省市：