铝及铝合金表面ZrO2/Al2O3复合膜的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种铝及铝合金表面ZrO2/Al2O3复合膜的制备方法，包括以下步骤：一、将水溶性锆盐、磷酸二氢钠、甘油、乙二胺四乙酸二钠、柠檬酸钠与去离子水混合制成锆盐体系溶液；二、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，将铝或铝合金作为阳极，将不锈钢板作为阴极，经微弧氧化处理后在铝或铝合金的表面得到均匀且致密的ZrO2/Al2O3复合膜。本发明专利技术制备的ZrO2/Al2O3复合陶瓷膜的耐中性NaCl盐雾腐蚀高达500h以上，显微硬度高达950Hv以上。本发明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，具有广泛的适用性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属材料表面处理
，具体涉及一种铝及铝合金表面ZrO2/Al2O3复合膜的制备方法。
技术介绍
铝合金是应用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。由于对铝的消耗日益增加，世界各国对铝及其合金的开发研究也在积极进行。但是在生产使用过程中，铝的某些性能还是不太理想，如耐磨性、硬度等。通过适当的表面处理对铝表面进行改性，成为扩大其应用范围和延长使用寿命不可缺少的环境。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，制备的陶瓷膜在耐蚀性、硬度、耐磨性等方面得到明显地提高。然而，随着铝合金应用范围的不断推广，对铝合金微弧氧化陶瓷膜的要求也不断提高。尤其是铝合金在航天、航空领域的应用，对陶瓷膜的耐蚀性、耐高温氧化性能提出了更高的要求，因此现有的技术制备的陶瓷膜已无法满足航天、航空领域的要求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种铝及铝合金表面ZrO2Al2O3复合膜的制备方法。该方法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，从而在铝或铝合金表面原位生长ZrO2Al2O3复合陶瓷膜，充分利用ZrO2优异的抗腐蚀性，提高陶瓷膜的耐蚀性。采用该方法制备的ZrO2Al2O3复合陶瓷膜的耐中性NaCl盐雾腐蚀高达500h以上，显微硬度高达950Hv以上。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是:一种铝及铝合金表面ZrO2Al2O3复合膜的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: 步骤一、将水溶性锆盐、磷酸二氢钠、甘油和乙二胺四乙酸二钠一起加入去离子水中，搅拌均匀后得到混合溶液，然后加入柠檬酸钠将混合溶液的PH值调至5 8，得到锆盐体系溶液；所述锆盐体系溶液中水溶性锆盐的浓度为5g/L 50g/L，磷酸二氢钠的浓度为2g/L lOg/L,甘油的浓度为5mL/L 30mL/L,乙二胺四乙酸二钠的浓度为2g/L 10g/L ；步骤二、将步骤一中所述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，然后采用微弧氧化脉冲电源，在脉冲频率为IOOHz 2000Hz，占空比为5% 50%的条件下进行微弧氧化处理，在铝或铝合金表面得到ZrO2Al2O3复合膜；所述微弧氧化处理的温度为10°C 50°C,所述微弧氧化处理的时间为15min 65min。上述的铝及铝合金表面ZrO2Al2O3复合膜的制备方法，其特征在于，步骤一中所述水溶性锆盐为醋酸锆、氢氧化锆、碳酸锆、锆氟酸铵或锆硅酸钠。上述的铝及铝合金表面ZrO2Al2O3复合膜的制备方法，其特征在于，步骤二中所述微弧氧化处理的具体制度为:将铝或铝合金先在电压为50V 250V的条件下微弧氧化5min，然后将电压升至300V 450V后继续微弧氧化IOmin 60min。上述的铝及铝合金表面ZrO2Al2O3复合膜的制备方法，其特征在于，步骤二中所述脉冲频率为500Hz 700Hz。上述的铝及铝合金表面ZrO2Al2O3复合膜的制备方法，其特征在于，步骤二中所述占空比为15% 30%o本专利技术与现有技术相比具有以下优点: 1、本专利技术通过在微弧氧化电解液中添加锆离子，从而在铝或铝合金表面原位生长ZrO2Al2O3复合陶瓷膜，利用ZrO2优异的抗腐蚀性，提高该复合陶瓷膜的耐蚀性；本专利技术制备的ZrO2Al2O3复合陶瓷膜在未进行封闭处理时，耐中性NaCl盐雾腐蚀高达500h以上，显微硬度高达950Hv以上；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，由此说明本专利技术微弧氧化处理后ZrO2Al2O3复合陶瓷膜的耐蚀性能优良。2、本专利技术能够快速在铝或铝合金表面获得ZrO2Al2O3复合陶瓷膜。该陶瓷膜的生长速度高达2 u m/min以上，微弧氧化处理IOmin后即可获得厚度约20 y m的陶瓷膜；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生长速度仅为1u m/min,由此说明本专利技术具有高效、节能的显著优点。3、本专利技术能够在铝或铝合金表面获得光滑且致密的ZrO2Al2O3复合陶瓷膜；且该陶瓷膜厚度在30 以内时，陶瓷膜的表面粗糙度(Ra)小于I U m，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2u m,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。4、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。5、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，凡是能够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ZrO2Al2O3复合陶瓷膜，因此本专利技术具有广泛的适用性。下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细说明。附图说明图1为本专利技术实施例1微弧氧化处理前铝合金的外观图。图2为本专利技术实施例1微弧氧化处理后铝合金的外观图。图3为本专利技术实施例1微弧氧化处理前铝合金经504h中性NaCl盐雾腐蚀后的外观图。图4为本专利技术实施例1微弧氧化处理后铝合金经504h中性NaCl盐雾腐蚀后的外观图。图5为本专利技术实施例1微弧氧化处理后铝合金的表面微观形貌SEM照片。图6为本专利技术实施例1微弧氧化处理后铝合金的截面微观形貌SEM照片。图7为本专利技术实施例1微弧氧化处理后铝合金表面ZrO2Al2O3复合膜的点扫描EDS谱图。图8为本专利技术实施例1微弧氧化处理后铝合金表面ZrO2Al2O3复合膜的面扫描EDS谱图。图9为本专利技术实施例1微弧氧化处理后铝合金表面ZrO2Al2O3复合膜的XRD谱图。具体实施例方式实施例1 本实施例铝及铝合金表面ZrO2Al2O3复合膜的制备方法的制备方法包括以下步骤:步骤一、将水溶性锆盐、磷酸二氢钠、甘油和乙二胺四乙酸二钠一起加入去离子水中，搅拌均匀后得到混合溶液，然后加入柠檬酸钠将混合溶液的PH值调节至7，得到锆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝及铝合金表面ZrO2/Al2O3复合膜的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、将水溶性锆盐、磷酸二氢钠、甘油和乙二胺四乙酸二钠一起加入去离子水中，搅拌均匀后得到混合溶液，然后加入柠檬酸钠将混合溶液的pH值调至5～8，得到锆盐体系溶液；所述锆盐体系溶液中水溶性锆盐的浓度为5g/L～50g/L，磷酸二氢钠的浓度为2g/L～10g/L，甘油的浓度为5mL/L～30mL/L，乙二胺四乙酸二钠的浓度为2g/L～10g/L；步骤二、将步骤一中所述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，然后采用微弧氧化脉冲电源，在脉冲频率为100Hz～2000Hz，占空比为5%～50%的条件下进行微弧氧化处理，在铝或铝合金表面得到ZrO2/Al2O3复合膜；所述微弧氧化处理的温度为10℃～50℃，所述微弧氧化处理的时间为15min～65min。

【技术特征摘要】
1.一种铝及铝合金表面ZrO2Al2O3复合膜的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: 步骤一、将水溶性锆盐、磷酸二氢钠、甘油和乙二胺四乙酸二钠一起加入去离子水中，搅拌均匀后得到混合溶液，然后加入柠檬酸钠将混合溶液的PH值调至5 8，得到锆盐体系溶液；所述锆盐体系溶液中水溶性锆盐的浓度为5g/L 50g/L，磷酸二氢钠的浓度为2g/L 10g/L,甘油的浓度为5mL/L 30mL/L,乙二胺四乙酸二钠的浓度为2g/L 10g/L ； 步骤二、将步骤一中所述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，然后采用微弧氧化脉冲电源，在脉冲频率为IOOHz 2000Hz，占空比为5% 50%的条件下进行微弧氧化处理，在铝或铝合金表面得到ZrO2Al2O3复合膜；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宏，郝建民，郝一鸣，任鹏军，樊正国，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：