一种铝合金表面微弧氧化膜功能化设计的方法技术

本发明专利技术公开了一种铝合金表面微弧氧化膜功能化设计的方法，属于铝合金表面处理技术领域。该方法通过在铝合金微弧氧化过程中同时施加方波脉冲电压及高频载波而得以实现，其配套电解液主要由基础组成、辅助添加剂和致密化添加剂组成。本发明专利技术通过特定的外部电参数及相关配套优化电解液相互配合，针对应用的实际情况实现了铝合金微弧氧化膜的超强耐蚀性、优异的耐磨性、良好的隔热性、超薄性、超厚性、超硬性及良好的光洁度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于铝合金表面处理
，具体涉及。
技术介绍
微弧氧化技术，又称微等离子体氧化，阳极火花沉积或火花放电阳极氧化，是在普通阳极氧化的基础上发展起来的一种新的表面处理技术。铝合金在电解液中通过高压放电作用，其表面生成一层与基体以冶金方式结合的氧化铝为主的陶瓷层，陶瓷质的高硬度、高阻抗和高稳定性满足铝合金防海水腐蚀、高温热蚀和改善耐磨等性能要求。该氧化膜结合力优良，并且硬度、耐磨性以及强度较高。然而，考虑到未来铝合金微弧氧化膜的应用领域多样性，势必对铝合金微弧氧化膜性能的功能化设计提出了更高的要求。目前，实现铝合金微弧氧化膜功能化设计主要有两大影响因素:1)外部电参数的控制；2)配套微弧氧化电解液的优化。本专利的基于上述两大因素通过外部电参数控制模式，并结合配套优化的电解液配方，从而实现铝合金微弧氧化膜功能化设计。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供，采用所述微弧氧化工艺，实现铝合金微弧氧化膜的超强耐蚀性、优异的耐磨性、良好的隔热性、超薄性、超厚性、超硬性及良好的光洁度。本专利技术的技术方案为:一种铝合金微弧氧化膜功能化设计的方法，首先将铝合金工件置于电解液中，待处理的工件表面在电解液中作为工作电极，不锈钢导体作为对电极，并与所述待加工表面构成电解回路，并向所述电解回路同时施加方波脉冲电压及高频载波对铝合金工件进行氧化处理，同时电流密度控制在0.2-20A/dm2之间，处理时间为30~200min，处理温度不高于50。。。所述电解液其溶剂为水，溶质由基础组成、辅助添加剂和致密化添加剂组成，溶质的总浓度为l_20g/L，控制电解液的pH值为5~8(利用稀释的NaOH，或者稀硝酸溶液调节)；所述基础组成为氢氧化钠、硅酸盐、硼酸盐和磷酸盐中一种或几种；辅助添加剂为钒酸盐、钥酸盐、十二烷基苯磺酸盐、癸酸盐、苯并三氮唑、苹果酸盐中的一种或几种；致密化添加剂为硝酸钇、硝酸铈、硝酸镧中的一种或几种。 所述方波脉冲电压频率为1000~400Hz，正向幅值为250-400V，脉宽为0.6ms,负向电压幅值为450-700V，脉宽为0.4ms。所述方波脉冲电压的通断比可以为以下四种情况:I)正向占空比0%，负向占空比0% ;2)正向占空比10%，负向占空比10% ;3)正向占空比10%，负向占空比20% ;4)正向占空比10%，负向占空比30%。所述高频载波电压幅值为50-300V，高频载波频率为2000-3000HZ。所述铝合金为LY11、LY12、LC4、2A70、ZL205、LY16、2024、5083、6063 或纯铝。本专利技术通过特定的外部电参数及相关配套优化电解液相互配合，针对应用的实际情况实现了铝合金微弧氧化膜功能化设计。在铝合金表面制备的微弧氧化膜主要性能如下:膜厚3~200 i m,中性盐雾时间2000h以上，硬度HvlOOO，干摩擦系数f0.1，表面粗糙度Ra ^ 0.02 u m,结合力大于30MPa。本专利技术的优点及有益效果如下:1、所施加的阳极脉冲电压的幅值要明显小于常规微弧氧化过程形成微等离子体弧光放电所要求临界火花电压，但高于普通阳极氧化的电压，属于阳极氧化法拉第电位区。这样有利于在一般阳极氧化的法拉第电位区形成微等离子体并产生a -Al2O3相变，提升薄膜微结构化学稳定性具有可行性，从而实现铝合金微弧氧化膜超强耐蚀性、优异的耐磨性和超硬性。2、所施加的阴极脉冲电压要远高于常规微弧氧化工艺所施加的脉冲电压，可实现极小的、间歇式的阴极冲击电流，而且放电频率很高。这样，由于铝/氧化膜/溶液界面具有n-P接合性能而有整流作用，当电解电流由氧化变为还原电流、与对极金属的接触是欧姆接触时，将使阴极还原电流易于通过，铝表面氧化膜会因周而复始的阴极电流作用使膜孔底部的阻挡层发生还原而减薄并降低膜电阻。从宏观角度看，阴极化载波冲击作用可降低微等离子体发生放电击穿阳极电压，可使氧化电流减小，只要阴极化载波电参数选择得当，就可以有效地减少因膜阻产生的焦尔热和使界面热量由于大量氢气的析出快速扩散，从而减少铝表面多孔氧化膜的微等离子体的击穿强度和化学溶解速度，减少膜的孔隙率。使得形成的放电孔道自发地均匀一致，避免由于电流分布不均导致局部微区大孔道的发生或发展，使得放电通道不同区域致密化、均匀化，使得不同微区的阳极化过程的放电精细可控，实现铝合金微弧氧化膜超强耐蚀性、优异的耐磨性和和隔热性。3、施加高频正弦载波，可以控制微弧喷发强度与烧结强度的转化，抑制微等离子体的在冲击氧化时的弧光喷发现象，使能量施加合理有效地用于Al2O3相转化，优化两种晶态共同生长转化过程。利用a-Al2O3调整微结构的化学稳定性，Y-Al2O3调整微结构的结构特性，控制其生长分布状态，调控晶粒大小、晶格取向、不同晶相的状态，这样可以有效地调控致密化有序结构与相转化之间的相互作用，同时获得具有致密性、均匀性和稳定性的相结构，在充分烧结和完成向稳定相转变的同时，实现铝合金微弧氧化膜的厚度稳定可控。【附图说明】图1为本专利技术实施例1铝合金表面微弧氧化膜微观照片。图2为本专利技术实施例1铝合金表面微弧氧化膜的XRD谱图。【具体实施方式】下面结合实施例对本专利技术做进一步描述。实施例1试件材料:LY12，尺寸100X 100mm，铝合金工件表面置于电解液中作为阳极，不锈钢作为阴极。电解液配比:氢氧化钠4~5g/L,娃酸钠3、g/L,硼酸钠6~7g/L,fL酸钠2.5~3g/L，苹果酸钠0.rig/U硝酸钇为0.2~0.8g/L，硝酸铈0.8~1.2g/l，电解液pH值为5~8。采用杜尔考特IV型大功率脉冲电源向电解回路施加的方波脉冲电压频率为260~270Hz，正向电压幅值为360~390V，脉宽为0.6ms，负向电压幅值为520~550V，脉宽为0.4ms ；占空比为:正向占空比0%，负向占空比0%。所施加高频载波电压幅值为80~100V，高频载波频率2000Hz ；电流密度1.5~16A/dm2，氧化时间14(Tl50min，处理温度不高于 40°C。制备的微弧氧化膜其微观形貌SM如图1所示，相结构的XRD谱图如图2所示。从图1和图2可以看出，在用上述方法制备的Al2O3陶瓷薄膜孔洞分布均匀，膜层厚度3(T50iim，Al2O3 主要为 a 相。该铝合金微弧氧化膜的主要性能如下:超强耐蚀性(通过中性盐雾2000h以上)，结合力大于30MPa。这一功能化膜对基体的疲劳性能没有破坏，而且可以大幅度提高腐蚀疲劳性能。实施例2试件材料:5083，尺寸100 X 100mm，铝合金工件表面置于电解液中作为阳极，不锈钢作为阴极。电解液配比:氢氧化钠4.5~5g/L,娃酸钠3.5~4g/L,硼酸钠5.6^6.2g/L,钥酸钠0.2~0.3g/L，癸酸钠0.8~1.lg/L，苹果酸钠0.7~0.9g/L，硝酸铈0.8^1.lg/1，电解液PH值为5~8。采用杜尔考特IV型大功率脉冲电源向电解回路施加的方波脉冲电压频率为260~270Hz，正向电压幅值为330~350V，脉宽为0.6ms,负向电压幅值为580~600V，脉宽为0.4ms ;占空比为:正向占空比10%，负向占空比10%。所施加高频载波电压幅值为70~90V，高频载波频率2600Hz ；电流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝合金表面微弧氧化膜功能化设计的方法，其特征在于：该方法首先将铝合金工件置于电解液中，待处理的工件表面在电解液中作为工作电极，不锈钢导体作为对电极，并与所述工件表面构成电解回路；然后向所述电解回路同时施加方波脉冲电压及高频载波对工件表面进行氧化处理，同时电流密度控制在0.2?20A/dm2之间，处理时间为30～200min，处理温度不高于50℃。

【技术特征摘要】
1.一种铝合金表面微弧氧化膜功能化设计的方法，其特征在于:该方法首先将铝合金工件置于电解液中，待处理的工件表面在电解液中作为工作电极，不锈钢导体作为对电极，并与所述工件表面构成电解回路；然后向所述电解回路同时施加方波脉冲电压及高频载波对工件表面进行氧化处理，同时电流密度控制在0.2-20A/dm2之间，处理时间为30~200min,处理温度不高于50°C。2.根据权利要求1所述的铝合金表面微弧氧化膜功能化设计的方法，其特征在于:所述电解液其溶剂为水，溶质由基础组成、辅助添加剂和致密化添加剂组成；所述基础组成为氢氧化钠、硅酸盐、硼酸盐和磷酸盐中一种或几种；辅助添加剂为钒酸盐、钥酸盐、十二烷基苯磺酸盐、癸酸盐、苯并三氮唑、苹果酸盐中的一种或几种；致密化添加剂为硝酸钇、硝酸铈、硝酸镧中的一种或几种。3.根据权利要求2所述的铝合金表面微弧氧化膜功能化设计的方法，其特征在于:所述溶质的总浓度为l...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜克勤，郭兴华，郭泉忠，王勇，王福会，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：