一种高性能铝合金处理方法技术

本发明专利技术提供了一种高性能铝合金处理方法，通过在微弧氧化膜孔道内填充熔点较低的镍金属，然后通过激光熔融技术选择性熔融镍金属，然后使用镍封孔剂处理能够有效的提高铝合金表面微弧氧化膜的致密性，进而显著提高其耐腐蚀性。蚀性。蚀性。

【技术实现步骤摘要】
一种高性能铝合金处理方法


[0001]本专利技术属于铝合金材料表面处理
，涉及一种高性能、高耐腐蚀铝合金材料的制备方法。
技术背景
[0002]微弧氧化技术是一种机理较为复杂但制作过程简单的技术，能够在金属表面原位制备性能优异的膜层组织，从而强化金属原有的性能或使金属具备新的特性，简称为MAO或PEO。该技术目前主要通过在环保的碱性电解液中，利用短脉冲的高强度电能量在金属基体与电解液的接触界面处诱发高密度的微弧等离子体群，经一系列复杂的物理与化学反应原位高温烧结生成高性能的微弧氧化陶瓷层，其工作过程一般为:铝、镁、钦及其合金材料作为阳极试样，将其连结固定好放入特定的电解质溶液中，用钢质电解槽作为氧化系统的阴极材料，通过在阳极和阴极之间施加较高的电压值，打破传统阳极氧化电压的限制性，以期在金属表面原位生长出陶瓷基防护涂层，获得的微弧氧化形成的陶瓷膜由疏松层(主要含γ
‑
Al2O3)和致密层(主要含α
‑
Al2O3)组成。从铝合金表面指向基体方向，由于熔融态氧化铝的冷却速率逐渐减小，使得γ相氧化铝(γ
‑
Al2O3)的含量逐渐减少，α相氧化铝(α
‑
Al2O3)的含量逐渐增多。疏松层晶粒粗大，膜层表面形貌不均匀，有许多微孔，力学性能较差；致密层是微弧氧化陶瓷层的主体，结构致密，与基体的结合也十分紧密，显微硬度超过2000MPa，耐磨、耐蚀和绝缘性能优良。疏松层和致密层犬牙交错，没有明显的分界。
[0003]激光熔覆是激光表面强化技术的一种重要方法。它利用高能密度的激光束将基体表面一极薄层和涂覆在基体表面上的合金成分同时熔化，在基体表面上形成与基材具有完全不同成分和性能的合金层的快速凝固过程，根据合金供应方式的不同，激光熔覆可以分为预置法和同步供应法，合金预置法是指将待熔覆的合金材料以某种方法预先覆盖在基体表面，然后采用激光束在合金预覆层表面扫描的一种方法。同步供应法是指采用专门的送料系统在激光熔覆过程中将合金材料直接送入激光作用区的一种方法。它选择的合金材料也可以是粉末、丝材和板材。
[0004]现有技术中通常会对铝材进行微弧氧化，然后再通过激光熔融将微弧氧化获得的多孔层进行二次熔融，获得平滑的表面，如CN201110297310公开了一种金属表面的陶瓷膜层及其制备方法，铝合金等轻合金的表面陶瓷化，可以通过激光熔覆的方法把陶瓷加厚。而且这种比较厚的陶瓷层可以用在很多领域。并且，激光熔覆工艺正是因为无法和金属形成良好的结合而无法大规模推广，而在微弧氧化陶瓷上再进行激光熔覆就可以把这两点结合的很好。即金属和微弧氧化陶瓷层原子级连接，而微弧氧化陶瓷和激光熔覆的陶瓷之间又可以实现原子级连接，这样就使金属和陶瓷层合为一体了，克服了微弧氧化工艺和激光熔覆工艺的缺陷。如实施例1中记载：实施例1以铝合金为基底的机械密封环件为例，这里用铝合金2219锻造成型，经过机械加工，整型，磨削，热处理，即可制成密封环毛胚；再经过除油，清洗，微弧氧化，清洗，研磨等后续处理后即可完成，其中微弧氧化电解液为以水玻璃为主要成分，将pH值调整在11
‑
13之间。溶液通过循环冷却系统在电解槽内流动。不锈钢电解槽
接电源阴极，铝合金密封环毛胚接电源阳极。利用气泵的搅拌冷却电解液温度为20
‑
50℃，处理时间为30
‑
50分钟，在密封环表面原位生长一层致密的氧化铝陶瓷层，经过检测，厚度约为60微米，其表面硬度达到HV1100，处理后，带有膜层的试样用水冲洗并烘干，然后，直接再进行激光熔覆处理。激光重熔采用SLCF.X12x25型C02激光加工机，重熔时采用氩气保护。为了使重熔后的陶瓷涂层保留一定的纳米结构组织，同时减少重熔层裂纹等缺陷，采用了相对较低的激光功率和能鼍密度进行重熔，所用激光重熔工艺参数为：激光功率为900W，矩形光斑尺寸为5mm
×
3mm，激光扫描方向沿光斑3mm侧，扫描速度为700mm/min，搭接量为20％。陶瓷材料成分为Al2O3
‑
13％TiO2，团聚体尺寸分布范围为10
‑‑
50微米，其原始纳米粒子为30
‑‑
80纳米。
[0005]但本领域技术人员知晓的，在激光熔融中，裂纹和气孔很容易出现在熔覆层中，本领域采用的激光功率为900W，其温度极高，会熔融粉末的同时，将微弧氧化膜也一起熔融，但在如此高的温度知晓，本来与铝材结合力有效的微弧氧化膜非常容易因为激光熔融产生的热应力而导致裂纹出现，甚至基材与氧化膜的剥离。
[0006]
技术实现思路

[0007]基于现有技术中，使用激光熔融技术处理微弧氧化膜时会导致微弧氧化膜出现裂缝或陶瓷膜发生剥离的技术问题，本专利技术提供了一种高性能铝合金处理方法，包括如下步骤：（1）表面预处理；（2）微弧氧化获得微弧氧化膜陶瓷层；（3）多次涂覆镍纳米分散液；（4）选择性激光熔融处理；（5）无机封孔；（6）抛光处理。
[0008]进一步的，所述表面预处理包括有：（1）机械打磨：将铝合金试样分别经过800#、1200#砂纸打磨；（2）脱脂：12
‑
15wt.%硫酸、1.5
‑
2.5wt.%表面活性剂，室温，时间为5
‑
7min；水洗：蒸馏水，15
‑
20s；（3）酸洗；硝酸15
‑
25wt.%；硫酸10
‑
15wt.%；室温；时间：4
‑
6min；水洗：蒸馏水，15
‑
20s。
[0009]进一步的，所述微弧氧化:Na2SiO35
‑
15g/L、NaOH1
‑
2g/L、Na2WO41
‑
5g/L；丙三醇4
‑
6ml/L；正向电压300~500V，负向电压100~200V，正占空比15~25%，负占空比5~10%，脉冲频率为300~400Hz，氧化时间20~40min。
[0010]进一步的，所述镍纳米分散液中镍的尺寸为50
‑
100nm，含量为15
‑
20wt.%。
[0011]进一步的，所述多次涂覆为使用真空旋涂机，转速为2000
‑
2500rpm，旋涂时间为30
‑
40s，旋涂次数5
‑
9次，然后在40
‑
50
o
C真空干燥3
‑
5h。
[0012]进一步的，所述选择性激光熔融处理中激光输出功率100
‑
125W；光斑直径2
‑
3mm；
激光束扫描速率5
‑
10mm/s，大面积扫描激光搭接率30%
‑
60%，惰性氩气保护气。
[0013]进一步的，所述无机封孔采用中温镍封，封孔液组成如下：5
‑
10g/L醋酸镍本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高性能铝合金处理方法，其特征在于包括如下步骤：（1）表面预处理；（2）微弧氧化获得微弧氧化膜陶瓷层；（3）多次涂覆镍纳米分散液；（4）选择性激光熔融处理；（5）无机封孔；（6）抛光处理。2.如权利要求1所述的一种高性能铝合金处理方法，其特征在于所述表面预处理包括有：（1）机械打磨：将铝合金试样分别经过800#、1200#砂纸打磨；（2）脱脂：12
‑
15wt.%硫酸、1.5
‑
2.5wt.%表面活性剂，室温，时间为5
‑
7min；水洗：蒸馏水，15
‑
20s；（3）酸洗；硝酸15
‑
25wt.%；硫酸10
‑
15wt.%；室温；时间：4
‑
6min；水洗：蒸馏水，15
‑
20s。3.如权利要求1所述的一种高性能铝合金处理方法，其特征在于所述微弧氧化使用的电解液中包括有Na2SiO35
‑
15g/L、NaOH1
‑
2g/L、Na2WO
4 1
‑
5g/L和丙三醇4
‑
6ml/L；正向电压300~500V，负向电压100~200V，正占空比15~25%，负占空比5~10%，脉冲频率为300~400Hz，氧化时间20~40min。4.如权利要求1所述的一种高性能铝合金处理方法，其特征在于所述镍纳米分散液中镍的尺寸为50
‑
100nm，含量为15
‑
20wt.%。5.如权利要求1所述的一种高性能铝合金处理方法，其特征在于所述多次涂覆为使用真空旋涂机，转速为2000
‑
2500rpm，旋涂时间为30<...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻馨，
申请(专利权)人：喻馨，
类型：发明
国别省市：