一种表面微弧氧化致密陶瓷膜铝合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种表面微弧氧化致密陶瓷膜铝合金及其制备方法。将铝合金基材退火处理后，依次经除油除脂处理、微弧氧化和干燥，即得；所述退火处理的条件为：温度为200～300℃，时间为50～80min；所述微弧氧化的条件为：电流密度为8～10A/dm2，时间15～20min；该方法通过退火和维护氧化的协同作用，在合金基材表面形成致密的陶瓷膜，可有效改善材料的综合性能；通过本发明专利技术技术方案所得到的铝合金，具有优异的耐蚀性和耐磨性，解决了铝合金焊接构建在高温高湿高盐雾环境的腐蚀问题。温高湿高盐雾环境的腐蚀问题。温高湿高盐雾环境的腐蚀问题。

【技术实现步骤摘要】
一种表面微弧氧化致密陶瓷膜铝合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种致密陶瓷膜铝合金材料，特别涉及一种表面微弧氧化致密陶瓷膜铝合金及其制备方法，属于金属表面处理


技术介绍

[0002]近地轨道开发和深空探索活动要求在航天器中使用轻质材料，以减少燃料的消耗和碳排放。铝镁钪合金由于其轻量化、高强度和良好的可焊接性能，已广泛用于航空航天和船舶工业，产品主要瞄准载人航天器焊接荷重结构件。然而，航天器在严酷的转运、存储、发射海洋环境中，铝镁钪合金易于点蚀和晶间腐蚀，这极大地限制了其应用，尤其是在高温高湿高盐雾的腐蚀环境中。
[0003]目前，已经做出了许多努力通过退火处理来改善铝镁钪合金的耐蚀性能。但是，依靠基底金属自身的属性在苛刻的环境下服役，铝镁钪合金结构件在服役周期内的可靠使用寿命严重降低。表面处理技术是提高铝合金表面性能的有效途径。通过使用阳极氧化、物理气相沉积(PVD)、电解沉积、溶胶
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凝胶沉积、激光处理和等离子喷涂等技术，在铝合金上制备了保护涂层。然而，这些方法存在各种缺点，如成本高、工艺复杂、可控性差和预处理困难。
[0004]微弧氧化，也称为等离子电解氧化，是一种电解表面修饰技术，可在铝及其合金上产生厚、硬且粘附的陶瓷膜，保护它们免受严重腐蚀，特别是剥落和应力腐蚀。目前针对影响铝合金表面制备微弧氧化陶瓷膜组织结构的研究主要集中在电解质成分、电参数和氧化时间等。然而，微弧氧化陶瓷膜表面孔隙率较高，并且陶瓷/基体界面区域存在大量裂纹、空隙和孔洞等缺陷，这严重影响着航天器结构材料的服役安全。所以，为进一步增加氧化膜的致密性，研究发展新的适合于提高铝合金微弧氧化陶瓷膜的致密化的制备方法，增强与基体紧密结合、耐蚀和耐磨损特性十分必要和迫切。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种表面微弧氧化致密陶瓷膜铝合金，该铝合金以Al
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Mg
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Sc合金为基材，在基材表面构建致密的氧化陶瓷膜，有效提高了材料的耐蚀性和耐磨性，并大幅提高合金材料的综合服役性能。
[0006]本专利技术的第二个目的在于提供一种表面微弧氧化致密陶瓷膜铝合金的制备方法，本专利技术基于各步骤之间的协同作用，通过退火处理改变基材表面电导率，再经过微弧氧化于基材表面形成紧密结合的陶瓷膜，该陶瓷膜不仅与基材结合牢固，并且厚度均匀，表面粗糙度低，可有效改善材料的综合性能。
[0007]为实现上述技术目的，本专利技术提供了一种表面微弧氧化致密陶瓷膜铝合金的制备方法，将铝合金基材退火处理后，依次经除油除脂处理、微弧氧化和干燥，即得；所述退火处理的条件为：温度为200～300℃，时间为50～80min；所述微弧氧化的条件为：电流密度为8～10A/dm2，时间15～20min。
[0008]本专利技术所提供的制备方法中，通过退火处理控制合金材料的表面电导率，再通过微弧氧化在合金基材表面形成可控的陶瓷膜；其中，上述各过程参数要按照上述要执行，退火温度直接控制到合金基材的表面电导率，而微弧氧化的电流密度则直接控制膜层与基材的结合力，氧化时间则是控制膜层的厚度与粗糙度，因此，只有在上述要求的情况下才能获得致密陶瓷膜铝合金材料。
[0009]作为一项优选的方案，所述退火处理的条件为：温度为225～300℃，时间为60～80min。进一步优选，所述退火处理的条件为：温度为300℃，时间为60min。退火的温度与合金基材的表面电导存在直接关系，随着退火温度的升高，合金基材的表面电导率先大幅增大后小幅降低，后续微弧氧化过程中形成的氧化膜紧密度先大幅增大，再小幅波动，退火温度过高会导致铝合金基材热疲劳，严重时会造成合金基材产生裂纹和崩裂，直接影响到基材的力学性能，因此，对于退火温度应该严格控制在本专利技术所要求的范围内。
[0010]作为一项优选的方案，所述微弧氧化的条件为：电流密度为10A/dm2，时间为15min。电流密度与氧化膜的致密性成正比，电流密度越大，所得氧化膜的致密性和与基材的结合力越高，但是，电流密度过大时会导致合金表面缺陷的过分暴露，在表面缺陷处可能导致氧化膜的击穿，破坏氧化膜的均匀性，因此，电流密度应严格控制在本专利技术所要求的范围内。
[0011]作为一项优选的方案，所述铝合金基材为Al
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Mg
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Sc合金，包含以下质量百分比元素：Mg 5.20～6.22％，Sc 0.20～0.30％，Mn 0.3～0.4％，余量为Al。进一步优选，所述铝合金基材为包含以下质量百分比元素：Mg 6.02％，Sc 0.25％，Mn0.32％，余量为Al。
[0012]作为一项优选的方案，所述除油除脂处理的方式为：依次采用800～2000#的金相砂纸打磨铝合金基材表面后在丙酮中超声脱脂处理，依次经去离子水清洗和干燥，即得。
[0013]作为一项优选的方案，所述微弧氧化处理的过程为：以进过除油除脂后的铝合金基材作为阳极，不锈钢板作为阴极，加入复合电解液至阳极完全浸没，进行恒电流直流氧化。
[0014]作为一项优选的方案，所述复合电解液包含硅酸钠和氢氧化钠。
[0015]作为一项优选的方案，所述硅酸钠的含量为7～13g/L，所述氢氧化钠的含量为1～2g/L。
[0016]作为一项优选的方案，所述微弧氧化处理结束后，取出铝合金，依次用乙醇、纯水超声清洗再通过冷气流干燥。
[0017]本专利技术还提供了一种表面微弧氧化致密陶瓷膜铝合金的详细制备过程，包括：
[0018]步骤1：将Al
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Mg
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Sc合金冷轧板进行退火处理；
[0019]步骤2：进行除油预处理，并用800#、1200#、1500#和2000#的金相砂纸打磨样品表面，抛光后的样品在丙酮中超声脱脂处理。然后用足量的去离子水清洗样品，并在冷空气流中干燥。
[0020]步骤3：按比例称取成膜剂，加入去离子水中，并用磁力搅拌器搅拌10～20min，得到电解液，备用；
[0021]步骤4：将步骤2得到Al
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Mg
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Sc合金基体作为阳极，不锈钢板作为阴极，将步骤3得到的电解液倒入电解槽中并将阳极浸没。微弧氧化电源采用恒电流模式控制，其电流密度范围为8～10A/dm2，微弧氧化处理15～20min；
[0022]步骤5：微弧氧化处理结束后，取出Al
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Mg
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Sc合金基体，然后依次用乙醇、纯水超声清洗，并在流动的冷气流中吹干，即在Al
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Mg
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Sc合金表面制备的与基体紧密结合的微弧氧化陶瓷膜。
[0023]本专利技术还提供了一种表面微弧氧化致密陶瓷膜铝合金，由上述任意一项所述的制备方法制得。
[0024]作为一项优选的方案，所述陶瓷膜的厚度为8～12μm。
[0025]相对于现有技术，本专利技术技术方案的有益技术效果为：
[0026]1)本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种表面微弧氧化致密陶瓷膜铝合金的制备方法，其特征在于：将铝合金基材退火处理后，依次经除油除脂处理、微弧氧化和干燥，即得；所述退火处理的条件为：温度为200～300℃，时间为50～80min；所述微弧氧化的条件为：电流密度为8～10A/dm2，时间15～20min。2.根据权利要求1所述的一种表面微弧氧化致密陶瓷膜铝合金的制备方法，其特征在于：所述铝合金基材为Al
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Mg
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Sc合金，包含以下质量百分比元素：Mg5.20～6.22％，Sc 0.20～0.30％，Mn 0.3～0.4％，余量为Al。3.根据权利要求1或2所述的一种表面微弧氧化致密陶瓷膜铝合金的制备方法，其特征在于：所述铝合金基材包含以下质量百分比元素：Mg 6.02％，Sc 0.25％，Mn 0.32％，余量为Al。4.根据权利要求1所述的一种表面微弧氧化致密陶瓷膜铝合金的制备方法，其特征在于：所述除油除脂处理的方式为：依次采用800～2000#的金相砂纸打磨铝合金基材表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜锋，吴明锦，龙梦君，吴飞飞，苏原明，叶鹏程，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：