專利名稱：微弧氧化沉積復合陶瓷膜的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種微弧氧化沉積復合陶瓷膜的方法。
背景技術：
微弧氧化概念的提出始于上世紀50年代，70年代后期逐步引起國外 學術界的研究興趣，90年代開始成為國內(nèi)外學者的研究熱點。微弧氧化技 術是在陽極氧化技術的基礎上發(fā)展起來的，但兩者的膜層的形成機理有很 大不同，并由此導致它們的制備工藝和膜層性能的區(qū)別。微弧氧化技術在 制備中使用較高的電壓，完全超出了陽極氧化的范圍，將制備電壓區(qū)域由 Faraday區(qū)引入到高壓放電區(qū)域。在微弧氧化過程中，化學氧化、電化學氧 化和等離子氧化作用同時存在，陶瓷氧化膜的形成過程非常復雜，得到的 膜層硬度高，絕緣性好。復合鍍層是通過金屬電沉積或共沉積的方法，將一種或數(shù)種不溶性的 固體顆粒、纖維均勻地夾雜到金屬鍍層中所形成的特殊鍍層。復合鍍層的 制備方法主要有化學復合鍍和復合電沉積法。在研究復合電鍍共沉積過程 中，人們曾提出3種共沉積機理，即機械共沉積、電泳共沉積和吸附共沉積。 目前較為公認的是由N。 G u gi e 1 m i在1972年提出的兩段吸附理 論。復合電沉積和其它新技術、新工藝一樣，實踐遠遠地走在理論的前面， 其機理的研究正在不斷的發(fā)展之中?；瘜W復合鍍和復合電沉積法膜層生長都是從基體向電解液方向生長， 普通的陽極氧化膜生長是由基體外表面向內(nèi)部生長，雖然膜內(nèi)有一定的孔 隙，但是由于十分的小，外加的微粒無法沉積在膜內(nèi)，即使有些微粒進入微孔，也無法進入膜的內(nèi)部。在查閱資料中沒有發(fā)現(xiàn)陽極化膜層進行復合 電沉積的報道，也沒有發(fā)現(xiàn)利用微弧氧化法進行復合沉積的相關報道。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種微弧氧化沉積復合陶瓷膜的方法，該方法將 可以進行微弧氧化的金屬作為陽極，在電解液中添加微粒進行微弧氧化得 到復合陶瓷涂層。本發(fā)明是這樣來實現(xiàn)的，其方法步驟為(1)配制微弧氧化復合電解 液微弧氧化復合電解液的配置與一般的電鍍相似，根據(jù)各種閥金屬(鋁、 鎂、鈦等)的性質(zhì)配制出能夠進行微弧氧化的電解液，如鋁合金的硅酸鹽 體系電解液，鈦合金的磷酸鹽體系電解液。然后在這些電解液中添加入各 種不溶性的物質(zhì)微粒，如金剛石粉末、二氧化鈦粉末，三氧化鉻粉末等， 這些微粒要求在電解液中分散性好，不發(fā)生團聚。粉末粒徑一般小于5um， 含量控制在 2-1 〔) Og/L，含量太少，膜層里物質(zhì)含量太少，發(fā)揮不出復 合膜的性能，含量太多，有可能改變電解液性質(zhì)，對微弧氧化過程不利。(2) 微弧氧化復合沉積的實現(xiàn)。工件作為陽極，陰極用不銹鋼板等不溶性金屬 板，陰極和陽極面積比l: 1-5，采用直流或直流脈沖通電方式，通過調(diào) 整電流密度控制氧化膜表面孔徑大小，要求孔徑大小不小于所加微粒的粒 徑。在氧化時，陽極工件表面會出現(xiàn)微小的不斷游動的弧光，電壓會不斷 上升，根據(jù)電解液體系和氧化時間不一樣，終止電壓在l 5 0 — 8 0 0 V 之間。在氧化時，要求對電解液適度的不斷攪拌，攪拌強度不要過高，只 要使微粒不發(fā)生沉降就行。這些懸浮的顆粒會吸附在膜層表面的微孔，然 后被周圍的微孔噴發(fā)物掩埋而沉積在氧化膜中。本發(fā)明的工作原理金屬表面發(fā)生微弧氧化產(chǎn)生弧光放電時等離子通道(微孔)會不斷生成又會不斷被附近等離子冷凝物填充，行成多孔結構。 等離子強度由電壓和電流決定，因此等離子放電后在氧化膜表面形成的孔 徑大小可以通過電壓或電流密度控制。通過在氧化槽液中直接添加微?；?通過液相反應在槽液中制得各種微粒，當微粒大小接近或小于微弧氧化行 的孔徑時，再輔助攪拌，電遷移和對流等技術手段，使這些到達陽極工件 表面的微粒吸附在孔內(nèi)。這些微粒在工件發(fā)生微弧氧化時就被周圍的等離 子體噴發(fā)而形成的冷凝物掩埋在膜層中，結果與形成的陶瓷相復合沉積在 一起，得到的復合膜層結合力十分優(yōu)良，在磨損時不會出現(xiàn)脫落現(xiàn)象。本發(fā)明的積極效果是該方法改變了陽極氧化膜不能進行復合沉積的 歷史。通過這種技術可以向電解液中添加各種微粒而改變材料表面性質(zhì)， 將擴大這些閥金屬的使用范圍。如電解液中添加顏料改變陶瓷膜的顏色； 添加硬質(zhì)材料如金剛石微粉改變材料表面硬度和耐磨性；通過添加一些活 性金屬制備出陽極性膜層提高耐腐蝕性。
具體實施方式
本發(fā)明的方法步驟為(1)配制微弧氧化復合電解液。微弧氧化復 合電解液的配置與一般的電鍍相似，根據(jù)各種閥門金屬(鋁、鎂、鈦等) 的性質(zhì)配制出能夠進行微弧氧化的電解液，如鋁合金的硅酸鹽體系電解液， 鈦合金的磷酸鹽體系電解液。然后在這些電解液中添加入各種不溶性的物 質(zhì)微粒，如金剛石粉末、二氧化鈦粉末，三氧化鉻粉末等，這些微粒要求 在電解液中分散性好，不發(fā)生團聚。粉末粒徑一般小于5um，含量控制在 2-1 0 Og/L，含量太少，膜層里物質(zhì)含量太少，其不到復合膜的性能，含 量太多，有可能改變電解液性質(zhì)，對微弧氧化過程不利。(2)微弧氧化復 合沉積的實現(xiàn)。工件作為陽極，陰極用不銹鋼板，陰極和陽極面積比l:1-5，采用直流或直流脈沖通電方式，通過調(diào)整電流密度控制氧化膜表面 孔徑大小，要求孔徑大小不小于所加微粒的粒徑。在氧化時，陽極工件表 面會出現(xiàn)微小的不斷游動的弧光，電壓會不斷上升，根據(jù)電解液體系和氧 化時間不一樣，終止電壓在l 5 0 — 8 0 0 V之間。在氧化時，要求對電 解液不斷攪拌，攪拌強度不要過高，只要使微粒不發(fā)生沉降就行。這些懸 浮的顆粒會吸附在膜層表面的微孔，然后被周圍的微孔噴發(fā)物掩埋而沉積 在氧化膜中。如鋁合金表面沉積金剛石粉末復合陶瓷膜，配置氧化電解液硅酸鈉20-60g/L，酒石酸10-50 g/L，電解液中添加10-20 g/L的金剛石粉末，通 過攪拌和超聲震動，將這些微粒均勻分散在電解液中。采用氧化電流電流 密度8-15A/dm2，氧化時間15-30分鐘，就可以得到含有金剛石微粒的高耐 磨性氧化膜層。鈦合金表面沉積羥基磷灰石復合膜，配制電解液醋酸鈣20-160g/L， 次亞磷酸鈣5-50 g/L,在電解液中加入納米羥基磷灰石微粉，通過攪拌和 超聲震動，將這些微粒均勻分散在電解液中。采用氧化電流電流密度 8-15A/dm2，氧化時間15-30分鐘，就可以得到含有羥基磷灰石的具有生物 活性的功能陶瓷膜層。
權利要求
1、一種微弧氧化沉積復合陶瓷膜的方法，其特征是方法步驟為(1)配制微弧氧化復合電解液根據(jù)各種閥門金屬的性質(zhì)配制出能夠進行微弧氧化的電解液，然后在這些電解液中添加入各種不溶性的物質(zhì)微粒，微粒粉末粒徑小于5um，含量控制在2-100g/L；(2)微弧氧化復合沉積的實現(xiàn)工件作為陽極，陰極用不銹鋼板等不溶金屬板，陰極和陽極面積比1∶1-5，采用直流或直流脈沖通電方式，通過調(diào)整電流密度控制氧化膜表面孔徑大小，要求孔徑大小不小于所加微粒的粒徑，根據(jù)電解液體系和氧化時間不一樣，終止電壓在150-800V之間，在氧化時，要求對電解液不斷攪拌，懸浮的顆粒會吸附在膜層表面的微孔，然后被周圍的微孔噴發(fā)物掩埋而沉積在氧化膜中。
2、 根據(jù)權利要求1所述的微弧氧化沉積復合陶瓷膜的方法，其特征是不溶性的物質(zhì)微粒有金剛石粉末、二氧化鈦粉末，三氧化鉻粉末，碳化硅 粉末等。
全文摘要
一種微弧氧化沉積復合陶瓷膜的方法，其特征是方法步驟為(1)工件做陽極；(2)在正常微弧氧化電解液加入其它物質(zhì)微粒；(3)進行微弧氧化的同時實現(xiàn)復合沉積。本發(fā)明的積極效果是該方法改變了陽極氧化膜不能進行復合沉積的歷史，通過這種技術可以向電解液中添加各種微粒而改變材料表面性質(zhì)，增加耐磨性，耐蝕性和其它一些特殊性能，將擴大這些閥金屬的使用范圍。
文檔編號C25D9/06GK101230474SQ20071005378
公開日2008年7月30日 申請日期2007年11月5日 優(yōu)先權日2007年11月5日
發(fā)明者劉炳根, 雅 周, 晴 趙, 邵志松 申請人:南昌航空大學