本發(fā)明涉及鋁合金表面處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋁合金微弧氧化復(fù)合陶瓷層的制備方法。

背景技術(shù)：

微弧氧化技術(shù)可以在鋁合金表面原位生長一層陶瓷層，制備的陶瓷層在硬度、耐磨性、耐熱性、耐蝕性、絕緣性等方面具有極佳的強(qiáng)化效果。然而微弧氧化陶瓷層表面的火山口微觀形貌降低了陶瓷層的致密性、耐磨、耐腐蝕性能，摩擦系數(shù)穩(wěn)定性也不是很好。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對以上問題的提出，而研究設(shè)計(jì)一種鋁合金微弧氧化復(fù)合陶瓷層的制備方法。本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下：

一種鋁合金微弧氧化復(fù)合陶瓷層的制備方法，包括以下步驟：

a.對鋁合金基體進(jìn)行預(yù)處理：打磨鋁合金基體，去除表面氧化層并進(jìn)行拋光，去除鋁合金基體表面的油脂，依次使用無水乙醇和去離子水進(jìn)行超聲清洗，然后進(jìn)行干燥；

b.將sic納米顆粒和聚乙二醇加入到蒸餾水中，進(jìn)行超聲震蕩，分散sic納米顆粒，制成sic分散液；

c.在電解液的配制過程中加入sic分散液，使sic在電解液中的濃度達(dá)到2g/l，所述電解液的溶劑為蒸餾水，電解液的其他組分包括硅酸鈉8g/l、鎢酸鈉5g/l、氫氧化鉀2g/l以及乙二胺四乙酸鈉2.5g/l；

d.采用步驟c得到的電解液對鋁合金試樣進(jìn)行微弧氧化，微弧氧化的電參數(shù)為：正向電壓420v，負(fù)向電壓120v，正向占空比20％，負(fù)向占空比20％，正負(fù)脈沖比1:1，所述鋁合金基體作為陽極。

進(jìn)一步地，步驟a中，采用石油醚去除鋁合金基體表面的油脂。

進(jìn)一步地，步驟b中，sic納米顆粒和聚乙二醇的質(zhì)量比為1:1，超聲震蕩的時(shí)間為30分鐘。

進(jìn)一步地，步驟d中微弧氧化的時(shí)間為1小時(shí)，微弧氧化的溫度為30-35℃。

與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明所述的鋁合金微弧氧化復(fù)合陶瓷層的制備方法通過向電解液中添加sic納米顆粒的方法嘗試將功能性顆粒燒結(jié)在陶瓷層中，使陶瓷層的各方面性能明顯提高。由于sic的硬度很大，具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，并且高溫時(shí)能抗氧化，選擇sic作為功能性顆粒，添加到電解液中來強(qiáng)化微弧氧化陶瓷層的性能，使其更加致密，在摩擦磨損的過程中擁有較小的摩擦系數(shù)。

附圖說明

圖1是傳統(tǒng)微弧氧化陶瓷層的能譜圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例所述的al2o3/sic復(fù)合微弧氧化陶瓷層的能譜圖。

圖3是傳統(tǒng)微弧氧化陶瓷層的截面形貌圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例所述的al2o3/sic復(fù)合微弧氧化陶瓷層的截面形貌圖。

圖5是傳統(tǒng)微弧氧化陶瓷層的表面形貌圖。

圖6是本發(fā)明實(shí)施例所述的al2o3/sic復(fù)合微弧氧化陶瓷層的表面形貌圖。

圖7是傳統(tǒng)微弧氧化陶瓷層和本發(fā)明實(shí)施例所述的al2o3/sic復(fù)合微弧氧化陶瓷層的硬度對比圖。

圖8是傳統(tǒng)微弧氧化陶瓷層和本發(fā)明實(shí)施例所述的al2o3/sic復(fù)合微弧氧化陶瓷層的摩擦系數(shù)隨摩擦磨損時(shí)間變化的曲線圖。

具體實(shí)施方式

一種鋁合金微弧氧化復(fù)合陶瓷層的制備方法，包括以下步驟：

a.對鋁合金基體進(jìn)行預(yù)處理：依次使用200#，500#，1000#砂紙打磨鋁合金基體至表面清潔光亮，去除表面氧化層并進(jìn)行拋光，采用石油醚去除鋁合金基體表面的油脂，依次使用無水乙醇和去離子水進(jìn)行超聲清洗，吹干之后放入干燥皿中待用，本實(shí)施例的鋁合金基體為zl109鋁合金板，加工成40mm*10mm*10mm的長方體試樣；

b.將sic納米顆粒和聚乙二醇加入到蒸餾水中，進(jìn)行超聲震蕩，分散sic納米顆粒，制成sic分散液，聚乙二醇作為分散劑和修飾劑，防止sic納米顆粒在電解液中發(fā)生團(tuán)聚，保證sic納米顆粒的粒徑在合理范圍內(nèi)；

c.在電解液的配制過程中加入sic分散液，使sic在電解液中的濃度達(dá)到2g/l，所述電解液的溶劑為蒸餾水，電解液的其他組分包括硅酸鈉8g/l、鎢酸鈉5g/l、氫氧化鉀2g/l以及乙二胺四乙酸鈉2.5g/l；

d.采用步驟c得到的電解液對鋁合金基體在恒壓模式下進(jìn)行微弧氧化，得到al2o3/sic復(fù)合微弧氧化陶瓷層，微弧氧化的電參數(shù)為：正向電壓420v，負(fù)向電壓120v，正向占空比20％，負(fù)向占空比20％，正負(fù)脈沖比1:1，所述鋁合金基體作為陽極。微弧氧化的時(shí)間為1小時(shí)，微弧氧化的溫度為30-35℃。

如圖1和圖2所示，從eds的結(jié)果可以看出，無論是否添加sic顆粒，陶瓷層中都是由c、o、al、si四種元素組成，但是電解液中添加了sic的陶瓷層si和c的含量要明顯高于沒有添加的陶瓷層。這說明sic的添加使陶瓷層中的si和c有所增加。如圖3所示，傳統(tǒng)微弧氧化陶瓷層呈現(xiàn)典型的微弧氧化截面特征，分為致密層和疏松層，并且致密層和疏松層的分界面清晰，相比之下，本實(shí)施例制得的al2o3/sic復(fù)合微弧氧化陶瓷層膜層則整體性較好，如圖4所示，這是顆粒進(jìn)入膜層的結(jié)果，使得疏松層變得相對致密。如圖5所示，傳統(tǒng)微弧氧化陶瓷層表面呈現(xiàn)不規(guī)則且多孔的“火山口”形貌，孔徑大小不均。如圖6所示，本實(shí)施例制得的al2o3/sic復(fù)合微弧氧化陶瓷層和傳統(tǒng)微弧氧化陶瓷層相比微孔的直徑和數(shù)量明顯減少,其外型由噴射的圓餅狀變?yōu)橛惺諗口厔莸那驙?，且表面更加致密。如圖7所示，本實(shí)施例制得的al2o3/sic復(fù)合微弧氧化陶瓷層硬度明顯高于傳統(tǒng)微弧氧化陶瓷層大約200hv。如圖8所示，傳統(tǒng)微弧氧化陶瓷層摩擦系數(shù)隨滑動(dòng)時(shí)間增大而增大(曲線1)，滑動(dòng)時(shí)間從0到500s時(shí)，摩擦系數(shù)迅速增加到0.46，當(dāng)時(shí)間超過900s后，摩擦系數(shù)穩(wěn)定在0.45左右。al2o3/sic復(fù)合微弧氧化陶瓷層的摩擦系數(shù)隨時(shí)間增加的速度小于未添加sic的微弧氧化陶瓷層(曲線2)，在800s滑動(dòng)后其摩擦系數(shù)為0.37，最終摩擦系數(shù)穩(wěn)定在0.36左右。即本發(fā)明的al2o3/sic復(fù)合微弧氧化陶瓷層具有更低的摩擦系數(shù)，摩擦學(xué)性能更優(yōu)。

以上所述的實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種鋁合金微弧氧化復(fù)合陶瓷層的制備方法，包括以下步驟：對鋁合金基體進(jìn)行預(yù)處理：打磨鋁合金基體，去除表面氧化層并進(jìn)行拋光，去除鋁合金基體表面的油脂，進(jìn)行超聲清洗，然后進(jìn)行干燥；將SiC納米顆粒和聚乙二醇加入到蒸餾水中，進(jìn)行超聲震蕩，分散SiC納米顆粒，制成SiC分散液；在電解液的配制過程中加入SiC分散液，使SiC在電解液中的濃度達(dá)到2g/L，所述電解液的溶劑為蒸餾水；采用步驟c得到的電解液對鋁合金基體進(jìn)行微弧氧化，所述鋁合金基體作為陽極。本發(fā)明通過向電解液中添加SiC納米顆粒的方法嘗試將功能性顆粒燒結(jié)在陶瓷層中，使陶瓷層的各方面性能明顯提高，使其更加致密，在摩擦磨損的過程中擁有較小的摩擦系數(shù)。

技術(shù)研發(fā)人員：朱新河;于光宇;馬春生;程東;嚴(yán)志軍;付景國;劉澤澤;鄭世斌
受保護(hù)的技術(shù)使用者：大連海事大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.04.13
技術(shù)公布日：2017.08.01