本發(fā)明涉及表面處理技術(shù)，特別是屬于鈹材料表面處理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

金屬鈹具有密度低、熔點(diǎn)高、熱導(dǎo)率好、比強(qiáng)度高、尺寸穩(wěn)定性及核性能優(yōu)異等特點(diǎn)，在航空航天等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。鈹屬于活潑金屬，但在空氣中易鈍化生成約100 ?的致密氧化鈹薄膜，使其在室溫干燥的大氣環(huán)境下具有良好的耐腐蝕性能。由于生成的氧化膜非常薄，因此在潮濕的大氣環(huán)境容易受到腐蝕，這對(duì)常作為結(jié)構(gòu)材料的精密鈹零件的使用具有致命的影響，嚴(yán)重制約其長(zhǎng)期使用的穩(wěn)定性。金屬鈹料通常采用粉末冶金而成，粉末顆?；蛘呔Яｉg通常是雜質(zhì)和缺陷的聚集區(qū)，潮濕的環(huán)境中含有大量水氣，會(huì)吸附在金屬鈹表面，并在這些區(qū)域形成局部腐蝕電池，導(dǎo)致金屬鈹發(fā)生點(diǎn)蝕，甚至失效；另外，金屬鈹通常含有Be₂C等雜質(zhì)，潮濕環(huán)境下會(huì)直接發(fā)生水解反應(yīng)，也是使其腐蝕失效的重要因素之一。此外，除了對(duì)材料有耐蝕性要求，特殊的使用環(huán)境還要求金屬鈹料具有一定的絕緣性，金屬鈹作為一種金屬材料不能滿(mǎn)足實(shí)際的應(yīng)用需求。

當(dāng)前，通過(guò)普通陽(yáng)極氧化的方法在金屬鈹表面制備一層陽(yáng)極氧化膜是最常見(jiàn)的鈹表面處理技術(shù)，但陽(yáng)極氧化的處理通常是在一個(gè)較為溫和的條件下進(jìn)行（低電壓），對(duì)基材前處理要求較高。同時(shí)，由于粉末冶金的特點(diǎn)，陽(yáng)極氧化膜通常會(huì)受基體晶粒的影響而產(chǎn)生裂紋。該方法生成的氧化膜通常具有雙層結(jié)構(gòu)，即內(nèi)層較薄的較致密層和外層多孔層。由于孔洞的原因，通常還需要對(duì)其進(jìn)行封孔處理以提高其耐蝕性能?？偟膩?lái)說(shuō)，陽(yáng)極氧化處理金屬鈹?shù)姆椒梢詽M(mǎn)足金屬鈹耐蝕絕緣的要求，但工藝相對(duì)復(fù)雜，且受基體影響較大，易造成成膜不均。

微弧氧化是從普通陽(yáng)極氧化處理技術(shù)上發(fā)展起來(lái)的一種表面處理技術(shù)，該方法通常在較高的電壓下進(jìn)行。微弧氧化過(guò)程中伴隨著弧光放電現(xiàn)象，釋放出的高溫達(dá)到上千攝氏度，可使生成的氧化鈹處于瞬時(shí)的熔融態(tài)并均勻覆蓋在基體表面，同時(shí)使膜層中的孔洞處于封閉狀態(tài)，從而解決普通陽(yáng)極氧化膜成膜不均和由于孔洞造成耐蝕性不足的問(wèn)題。另外，微弧氧化還具有前處理簡(jiǎn)單，操作方便等優(yōu)點(diǎn)，具有推廣應(yīng)用前景。上述技術(shù)的主要缺點(diǎn)在于：整個(gè)微弧氧化實(shí)在直流條件下進(jìn)行，微弧氧化膜的厚度受到電壓的影響，不能生成較厚的微弧氧化膜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了提出一種簡(jiǎn)單可行、可操作性強(qiáng)、可用于金屬鈹?shù)哪臀g絕緣處理的方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種金屬鈹微弧氧化電解液，組分為：Na₂CO₃ 21.2～84.8g/L。

所述的一種金屬鈹微弧氧化電解液，微弧氧化的參數(shù)為：

恒電流模式，電流密度為5～50mA/cm²；

隨著微弧氧化進(jìn)行，電流保持不變，電壓隨氧化時(shí)間增長(zhǎng)而不斷升高，氧化到300～350V；溫度為25±3℃。

一種金屬鈹表面微弧氧化的工藝方法，步驟為：

S1 打磨：對(duì)金屬鈹進(jìn)行機(jī)械；

S2 清洗：去除金屬鈹表面的油污；

S3微弧氧化：將金屬鈹放入Na₂CO₃含量為21.2～84.8g/L的電解液中進(jìn)行微弧氧化，采用恒電流模式，電流密度為5～50mA/cm²，隨著微弧氧化進(jìn)行，電壓不斷升高，氧化到300～350V，電解液溫度為25±3℃；

S4 清洗：用去離子水對(duì)金屬鈹清洗；

S5 吹干。

所述步驟S1打磨為：將金屬鈹待微弧氧化的表面依次用500#，800#，1000#砂紙進(jìn)行打磨。

所述步驟S2為：將金屬鈹?shù)挠臀劬奂瘏^(qū)用丙酮溶液擦拭一遍，再將金屬鈹浸泡在丙酮溶液中，采用超聲除油的方式超聲10～15min，從而出去浮灰和油脂。

本發(fā)明中，機(jī)械加工后金屬鈹既有油污又有孔洞，部分受到腐蝕，需首先進(jìn)行打磨露出新鮮表面。處理方法為將金屬鈹待微弧氧化的表面用500#，800#，1000#砂紙進(jìn)行打磨，特別注意金屬鈹盲孔、溝槽部分的打磨；

金屬鈹表面油污的聚集將直接影響表面導(dǎo)電情況，導(dǎo)致成膜不均。首先將金屬鈹?shù)挠臀劬奂瘏^(qū)用丙酮溶液擦拭一遍，再將金屬鈹浸泡在丙酮溶液中，采用超聲除油的方式超聲10～15min，從而出去浮灰和油脂；

配置微弧氧化電解液：在去離子水溶液中配置21.2～84.8g/L Na₂CO₃電解液，配置的過(guò)程中注意電解質(zhì)的充分溶解；

微弧氧化：將預(yù)處理后的金屬鈹放入配置好的微弧氧化電解液中進(jìn)行微弧氧化。采用恒電流模式，電流密度為5～50mA/cm²，隨著微弧氧化進(jìn)行，電壓不斷升高，氧化到300～350V，整個(gè)氧化過(guò)程采用冷卻水循環(huán)的方式保證電解液溫度為25±3℃。

微弧氧化后的金屬鈹后處理：微弧氧化后的金屬鈹表面含有大量殘留電解液，如不祛除會(huì)對(duì)表面進(jìn)一步腐蝕，故需進(jìn)行后處理。微弧氧化后，用足量去離子水對(duì)金屬鈹進(jìn)行沖洗擦拭，注意溝槽位置的清洗，之后用吹風(fēng)機(jī)冷風(fēng)吹干。

本發(fā)明的金屬鈹表面微弧氧化陶瓷膜制備方法，在金屬鈹表面通過(guò)微弧氧化的方法制備了灰白色微弧氧化薄膜。該微弧氧化膜具有三層膜結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)層致密層，中間具有納米級(jí)封閉孔洞的中間層以及最外面的多孔層。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明方法簡(jiǎn)單可行、可操作性強(qiáng)、可用于金屬鈹?shù)哪臀g絕緣處理；

本發(fā)明在金屬鈹表面生成的灰白色微弧氧化陶瓷膜結(jié)構(gòu)均勻、致密、連續(xù)的具有耐蝕絕緣功能，使金屬鈹滿(mǎn)足耐蝕性和絕緣性的需求。

附圖說(shuō)明

圖1為鈹試片微弧氧化處理后的照片；

圖2為圖1中試片金屬鈹微弧氧化陶瓷膜掃描電鏡截面圖。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一部說(shuō)明

實(shí)施例一：

1） 金屬鈹機(jī)械打磨：將機(jī)械加工后金屬鈹?shù)拇⒒⊙趸砻嬗?00#，800#，1000#砂紙連續(xù)進(jìn)行打磨，露出新鮮表面，過(guò)程中特別注意金屬鈹盲孔、溝槽部分的打磨；

2） 金屬鈹用丙酮超聲除油：將金屬鈹易聚集油污的部分用丙酮溶液先擦拭一遍，再將金屬鈹浸泡在丙酮溶液中，采用超聲除油的方式超聲10～15min，從而出去浮灰和油脂；

3） 配置微弧氧化電解液：在去離子水溶液中配置53g/L Na₂CO₃電解液，配置的過(guò)程中注意電解質(zhì)的充分溶解；

4） 微弧氧化：將預(yù)處理后的金屬鈹放入配置好的微弧氧化電解液中進(jìn)行微弧氧化。采用恒電流模式，電流密度為10mA/cm²，隨著微弧氧化進(jìn)行，電壓不斷升高，氧化到300V，整個(gè)氧化過(guò)程采用冷卻水循環(huán)的方式保證電解液溫度為25±3℃。

5） 微弧氧化后的金屬鈹后處理：微弧氧化后的金屬鈹表面含有大量殘留電解液，如不祛除會(huì)對(duì)表面進(jìn)一步腐蝕，故需進(jìn)行后處理。微弧氧化后，用足量去離子水對(duì)金屬鈹進(jìn)行沖洗擦拭，注意溝槽位置的清洗，之后用吹風(fēng)機(jī)冷風(fēng)吹干。

見(jiàn)圖1、圖2，經(jīng)微弧氧化處理后，在金屬鈹表面制備出了灰白色的微弧氧化陶瓷膜，直徑15mm的鈹試片，樣品表面平整均勻，顏色為灰白色；掃描電鏡下可以看到鈹表面生成了陶瓷狀的氧化鈹薄膜，其膜結(jié)構(gòu)與鎂、鋁的微弧氧化膜結(jié)構(gòu)類(lèi)似，但膜的孔洞直徑要較之小得多，多為納米級(jí)封閉孔洞。

采用兆歐表檢測(cè)金屬鈹微弧氧化膜的絕緣性。分別用兆歐表125V，250V檔位對(duì)微弧氧化膜進(jìn)行絕緣性測(cè)試，測(cè)試方法分為兩種：

（1）兆歐表的兩根探針?lè)謩e位于試片兩側(cè)，即一根探針置于鈹基體端，另一根置于薄膜端；

（2）兆歐表的兩根探針?lè)志挥诒∧ざ恕?/p>

測(cè)試方法（1）得到微弧氧化膜絕緣性能均大于：250MΩ/125V

測(cè)試方法（2）得到微弧氧化膜絕緣性能均大于：250MΩ/250V

采用濕熱腐蝕試驗(yàn)以檢驗(yàn)微弧氧化膜的耐蝕性能，濕熱試驗(yàn)參照標(biāo)準(zhǔn)為GJB150.9A-2009。試驗(yàn)完成后的微弧氧化陶瓷膜沒(méi)有氣泡、起皮、剝落開(kāi)裂現(xiàn)象，并在100倍體視顯微鏡下無(wú)明顯點(diǎn)蝕。

實(shí)施例二：

本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一的不同點(diǎn)是：步驟4中氧化電壓升高到350V。制備的氧化膜在掃描電鏡下看較實(shí)施方式一中薄膜孔徑增大，但絕緣性有提高。

兆歐表測(cè)試微弧氧化膜的絕緣性，

測(cè)試方法（1）得到微弧氧化膜絕緣性能均大于：250MΩ/125V

測(cè)試方法（2）得到微弧氧化膜絕緣性能均大于：300MΩ/250V

濕熱腐蝕試驗(yàn)測(cè)試耐蝕性，

試驗(yàn)完成后的微弧氧化陶瓷膜沒(méi)有氣泡、起皮、剝落開(kāi)裂現(xiàn)象，并在100倍體視顯微鏡下無(wú)明顯點(diǎn)蝕。

實(shí)施例三：

本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一的不同點(diǎn)是：步驟3中配置溶液為21.2g/L Na₂CO₃。

兆歐表測(cè)試微弧氧化膜的絕緣性，

測(cè)試方法（1）得到微弧氧化膜絕緣性能均大于：250MΩ/125V

測(cè)試方法（2）得到微弧氧化膜絕緣性能均大于：250MΩ/250V

濕熱腐蝕試驗(yàn)測(cè)試耐蝕性。

試驗(yàn)完成后的微弧氧化陶瓷膜沒(méi)有氣泡、起皮、剝落開(kāi)裂現(xiàn)象，并在100倍體視顯微鏡下無(wú)明顯點(diǎn)蝕。

實(shí)施例四

本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一的不同點(diǎn)是：步驟3中配置溶液為84.8g/L Na₂CO₃。

兆歐表測(cè)試微弧氧化膜的絕緣性，

測(cè)試方法（1）得到微弧氧化膜絕緣性能均大于：250MΩ/125V

測(cè)試方法（2）得到微弧氧化膜絕緣性能均大于：250MΩ/250V

濕熱腐蝕試驗(yàn)測(cè)試耐蝕性。

試驗(yàn)完成后的微弧氧化陶瓷膜沒(méi)有氣泡、起皮、剝落開(kāi)裂現(xiàn)象，并在100倍體視顯微鏡下無(wú)明顯點(diǎn)蝕。

實(shí)施例五

本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一的不同點(diǎn)是：步驟4中電流密度為5mA/cm²。微弧氧化處理時(shí)間明顯變長(zhǎng)，制備的薄膜孔洞尺寸變小。

兆歐表測(cè)試微弧氧化膜的絕緣性，

測(cè)試方法（1）得到微弧氧化膜絕緣性能均大于：250MΩ/125V

測(cè)試方法（2）得到微弧氧化膜絕緣性能均大于：250MΩ/250V

濕熱腐蝕試驗(yàn)測(cè)試耐蝕性，

試驗(yàn)完成后的微弧氧化陶瓷膜沒(méi)有氣泡、起皮、剝落開(kāi)裂現(xiàn)象，并在100倍體視顯微鏡下無(wú)明顯點(diǎn)蝕。

實(shí)施例六

本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一的不同點(diǎn)是：步驟4中電流密度為50mA/cm²。微弧氧化時(shí)間明顯縮短，制備的薄膜孔洞尺寸較實(shí)施方式一中小。

兆歐表測(cè)試微弧氧化膜的絕緣性，

測(cè)試方法（1）得到微弧氧化膜絕緣性能均大于：250MΩ/125V

測(cè)試方法（2）得到微弧氧化膜絕緣性能均大于：250MΩ/250V

濕熱腐蝕試驗(yàn)測(cè)試耐蝕性，

試驗(yàn)完成后的微弧氧化陶瓷膜沒(méi)有氣泡、起皮、剝落開(kāi)裂現(xiàn)象，并在100倍體視顯微鏡下無(wú)明顯點(diǎn)蝕。

以上僅為本發(fā)明的部分實(shí)施例，對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是，在不脫離本發(fā)明思想的的情況下，還有其他的變化和修改，這些都在本申請(qǐng)的權(quán)利保護(hù)范圍內(nèi)。