本發(fā)明涉及新材料，特別是涉及al2o3/mxene復合陶瓷層及其制備方法和應用。

背景技術(shù)：

1、鋁合金因其密度小，比強度高且導電性、導熱性較好，在航天航空、船舶艦艇、裝甲裝備、電子設(shè)備等領(lǐng)域用途廣泛。在自然條件下，鋁合金表面能形成致密的鈍化膜，起到一定的防護作用，但此鈍化層的厚度不大，耐磨性也不高，在海洋等惡劣環(huán)境中，含鹽量高，海水、海風侵蝕劇烈，溫度、壓力等環(huán)境因素嚴苛，鋁合金表面的鈍化膜容易破損，因此其在服役過程中，常出現(xiàn)零部件腐蝕、磨損等問題，嚴重影響鋁合金設(shè)備的壽命。盡管研究者們已經(jīng)嘗試了多種方法以提高其抗腐蝕性和耐摩擦性，包括使用不同的合金元素、采用防腐涂料、或者通過熱處理和其他表面處理技術(shù)來提高其性能。但這些方法都存在一些不足，例如：防腐涂料涂層容易在外力磨損作用下受到破壞，進而導致耐腐蝕性能下降和涂層失效；pvd技術(shù)等制備的涂層具有較好的耐磨損和耐腐蝕性能，但技術(shù)成本較高、且不便于處理復雜工件；離子滲透和熱處理依賴高溫條件，容易影響基材的整體性能等等。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述問題，本發(fā)明提供一種al2o3/mxene復合陶瓷層，該al2o3/mxene復合陶瓷層降低了鋁合金表面由于微弧氧化形成的放電通道(孔洞)和微裂紋所帶來的影響，提高了鋁合金的耐蝕性能。

2、為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種al2o3/mxene復合陶瓷層，主要由鋁合金和mxene納米顆粒通過微弧氧化法制備得到。

3、微弧氧化技術(shù)(micro-arc?oxidation，mao)，也叫等離子體電解氧化(plasmaelectrolytic?oxidation，peo)。該技術(shù)具備預處理要求低、工藝簡便、對環(huán)境污染小等優(yōu)點。通過微弧氧化技術(shù)制成的涂層，因其膜層與基體之間的良好結(jié)合強度，還具有較高的韌性，優(yōu)異的耐磨性，耐腐蝕性，生物相容性等特性，又符合綠色發(fā)展的需求。不過，前期研究發(fā)現(xiàn)，由于微弧氧化過程中存在劇烈的等離子體放電和氣體析出等現(xiàn)象，使得陶瓷層表面不可避免地具有微孔和裂紋等缺陷。因此，在采用微弧氧化法的基礎(chǔ)上，進一步提出如何提升涂層的耐蝕耐磨等性能的技術(shù)問題。針對該技術(shù)問題，本發(fā)明人提出通過在涂層結(jié)構(gòu)中摻雜微納顆粒材料改善涂層性能，引入二維納米材料mxene，利用mxene優(yōu)異的阻隔性使得微弧氧化涂層在海水中的不可透過性提升，以此改善微弧氧化涂層的耐腐蝕性能，制備得到的al2o3/mxene復合陶瓷層如圖1所示。

4、本發(fā)明還提供了一種具有al2o3/mxene復合陶瓷層的鋁合金的制備方法，包括以下步驟：將鋁合金置于電解液中進行微弧氧化，得到具有權(quán)利要求1所述al2o3/mxene復合陶瓷層的鋁合金。

5、上述微弧氧化是在定制的微弧氧化電源系統(tǒng)上進行，其中鋁合金作為陽極，不銹鋼容器作為陰極，冷卻系統(tǒng)和機械攪拌器將電解液溫度保持在50℃以下?？梢岳斫獾?，對于鋁合金、電解液的用量，由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本領(lǐng)域常規(guī)技術(shù)知識進行選擇。

6、在其中一個實施例中，所述電解液包括mxene納米顆粒、硅酸鹽、磷酸鹽和堿。

7、在其中一個實施例中，所述電解液中，所述mxene納米顆粒的濃度為0.05g/l～0.25g/l，所述硅酸鹽的濃度為5g/l～10g/l，所述磷酸鹽的濃度為10g/l～15g/l，所述堿的濃度為1g/l～2g/l。

8、可以理解的，本領(lǐng)域技術(shù)人員在配制上述電解液時，可以配制濃度更高的母液或者儲備液，待使用時再稀釋，所述母液或者儲備液及其濃度均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

9、在其中一個實施例中，所述硅酸鹽包括硅酸鈉，所述磷酸鹽包括六偏磷酸鈉，所述堿包括氫氧化鈉。

10、在其中一個實施例中，所述微弧氧化的反應條件包括：攪拌電解液，采用恒流模式，正向輸出電流密度為4a/dm2～10a/dm2，氧化時間為10min～20min，頻率為200hz～1000hz，正向占空比為10％～50％。

11、在其中一個實施例中，所述攪拌的轉(zhuǎn)速為150rad/min～250rad/min，所述電解液的溫度為10～50℃。

12、在其中一個實施例中，所述制備方法還包括位于微弧氧化之前的鋁合金預處理、配制電解液。

13、在其中一個實施例中，所述鋁合金預處理包括：對鋁合金表面打磨，清洗，烘干。

14、在其中一個實施例中，所述打磨包括采用400#～2000#的sic砂紙進行逐級打磨；所述清洗包括采用去離子水、無水乙醇清洗；所述烘干包括暖風吹干。

15、在其中一個實施例中，所述配制電解液包括：對電解液進行超聲處理、機械攪拌以達到電解質(zhì)充分溶解。

16、本發(fā)明還提供了所述制備方法得到的鋁合金。

17、在其中一個實施例中，所述al2o3/mxene復合陶瓷層或所述鋁合金的al2o3/mxene復合陶瓷層厚度為6μm～10μm。

18、本發(fā)明還提供了所述al2o3/mxene復合陶瓷層或所述鋁合金在航空航天設(shè)備、航海設(shè)備中的應用。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

20、本發(fā)明的al2o3/mxene復合陶瓷層及其制備方法和應用，該al2o3/mxene復合陶瓷層降低了鋁合金表面由于微弧氧化形成的放電通道(孔洞)和微裂紋所帶來的影響，提高了鋁合金的耐蝕性能。通過本案制備方法得到的最優(yōu)性能鋁合金樣品在電化學測試中自腐蝕電流降低近三個數(shù)量級，耐蝕性提升近1000倍，具有很強耐蝕性。且本發(fā)明制備方法簡單，性能可重復性強，為鋁合金在復雜環(huán)境中增強耐久性提供了借鑒與參考價值。

技術(shù)特征：

1.一種al2o3/mxene復合陶瓷層，其特征在于，主要由鋁合金和mxene納米顆粒通過微弧氧化法制備得到。

2.一種具有al2o3/mxene復合陶瓷層的鋁合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：將鋁合金置于電解液中進行微弧氧化，得到具有權(quán)利要求1所述al2o3/mxene復合陶瓷層的鋁合金。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述電解液包括mxene納米顆粒、硅酸鹽、磷酸鹽和堿。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述電解液中，所述mxene納米顆粒的濃度為0.05g/l～0.25g/l，所述硅酸鹽的濃度為5g/l～10g/l，所述磷酸鹽的濃度為10g/l～15g/l，所述堿的濃度為1g/l～2g/l。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述硅酸鹽包括硅酸鈉，所述磷酸鹽包括六偏磷酸鈉，所述堿包括氫氧化鈉。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述微弧氧化的反應條件包括：攪拌電解液，采用恒流模式，正向輸出電流密度為4a/dm2～10a/dm2，氧化時間為10min～20min，頻率為200hz～1000hz，正向占空比為10％～50％。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述攪拌的轉(zhuǎn)速為150rad/min～250rad/min，所述電解液的溫度為10～50℃。

8.根據(jù)權(quán)利要求2-7中任一項所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法還包括位于微弧氧化之前的鋁合金預處理、配制電解液。

9.權(quán)利要求2-8中任一項所述制備方法得到的鋁合金。

10.權(quán)利要求1所述al2o3/mxene復合陶瓷層或權(quán)利要求9所述鋁合金在航空航天設(shè)備、航海設(shè)備中的應用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種Al2O3/MXene復合陶瓷層及其制備方法和應用，涉及新材料技術(shù)領(lǐng)域。該Al2O3/MXene復合陶瓷層主要由鋁合金和MXene納米顆粒通過微弧氧化法制備得到。該Al2O3/MXene復合陶瓷層降低了鋁合金表面由于微弧氧化形成的放電通道(孔洞)和微裂紋所帶來的影響，提高了鋁合金的耐蝕性能。

技術(shù)研發(fā)人員：路金林,許笑天,吳昊,尹衍升,張怡,李彤
受保護的技術(shù)使用者：廣州航海學院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30