阅读说明：本技术 一种铝或铝合金表面微弧氧化膜层的制备方法 (Preparation method of micro-arc oxidation film layer on surface of aluminum or aluminum alloy ) 是由 王晓波 全风美 法涛 史鹏 杨国华 朱生发 于 2019-10-24 设计创作，主要内容包括：本发明涉及微弧氧化膜层的制备技术领域,尤其涉及一种铝或铝合金表面微弧氧化膜层的制备方法。本发明提供的铝或铝合金表面微弧氧化膜层的制备方法,包括以下步骤：提供微弧氧化处理液；将铝或铝合金在所述微弧氧化处理液中进行微弧氧化处理；所述微弧氧化处理的温度≥90℃。本发明所述的微弧氧化处理温度一方面可以提高成膜速度,另一方面可以提高膜层的外层疏松层的溶解速率,保证成膜速率和外层疏松层的溶解速率保持在一个较为匹配的状态,以利于提高膜层质量；同时,由于本发明所述的微弧氧化处理温度在90℃以上,避免了低温微弧氧化处理带来的成本高和易造成资源浪费的问题。(The invention relates to the technical field of preparation of micro-arc oxidation film layers, in particular to a preparation method of a micro-arc oxidation film layer on the surface of aluminum or aluminum alloy. The invention provides a preparation method of a micro-arc oxidation film layer on the surface of aluminum or aluminum alloy, which comprises the following steps: providing micro-arc oxidation treatment liquid; carrying out micro-arc oxidation treatment on aluminum or aluminum alloy in the micro-arc oxidation treatment liquid; the temperature of the micro-arc oxidation treatment is more than or equal to 90 ℃. The micro-arc oxidation treatment temperature can improve the film forming speed on one hand and improve the dissolution rate of the outer loose layer of the film layer on the other hand, so that the film forming speed and the dissolution rate of the outer loose layer are kept in a relatively matched state, and the quality of the film layer is improved; meanwhile, the micro-arc oxidation treatment temperature is over 90 ℃, so that the problems of high cost and easy resource waste caused by low-temperature micro-arc oxidation treatment are solved.)

一种铝或铝合金表面微弧氧化膜层的制备方法

技术领域

本发明涉及微弧氧化膜层的制备技术领域，尤其涉及一种铝或铝合金表面微弧氧化膜层的制备方法。

背景技术

纯铝或铝合金具有密度小、比强度高、易成型等特性，因而被应用于几乎所有工业部门。但是纯铝及铝合金由于耐磨、耐腐蚀性能较差、耐热性低以及刚度小等缺陷，极大限制了纯铝或铝合金的应用。

微弧氧化，又称等离子体微弧氧化，其是将镁、铝、钛等金属及其合金置于电解质溶液中，在高温、高压、热化学、等离子体化学和电化学等共同作用下使镁、铝、钛等金属及其合金的表面产生火花放电生成陶瓷膜层的方法。该方法具有工艺简单、环境污染少、效率高等特点，且微弧氧化得到的陶瓷膜层具有膜基结合力强、耐磨损、耐腐蚀、耐高温氧化以及绝缘性好等优点。因此，利用微弧氧化在纯铝或铝合金表面制备微弧氧化膜层具有良好的前景。

由于温度是影响微弧氧化放电特性、膜层生长及膜层质量的因素之一，目前，制备合金表面微弧氧化膜层的温度主要在60℃以下。但是，研究表明，在60℃以下的范围内随着温度的升高，膜层质量下降。因此，为了保证膜层的质量，需要将电解液的温度维持在40℃以下。而微弧氧化处理过程中会产生大量的热量使电解液的温度不断升高，导致电解液的温度不受控。这样，为了保证电解液的温度能够维持在40℃以下，就需要额外的冷却设备，而冷却设备的投入和产生的热量被带走，极大的增加了生产成本和资源的浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铝或铝合金表面微弧氧化膜层的制备方法，所述制备方法可以在90℃以上保证制备得到的微弧氧化膜层的质量。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种铝或铝合金表面微弧氧化膜层的制备方法，包括以下步骤：

提供微弧氧化处理液；

将铝或铝合金在所述微弧氧化处理液中进行微弧氧化处理；

所述微弧氧化处理的温度≥90℃。

优选的，所述微弧氧化处理采用的装置包括直流脉冲微弧氧化电源、电解槽、搅拌系统和加热系统。

优选的，所述电解槽包括不锈钢槽体和回流罩。

优选的，所述微弧氧化处理的脉冲频率为50～2000Hz，脉宽调节范围为50～5000μs。

优选的，所述微弧氧化处理过程中的电流密度为2～30A/dm²，所述微弧氧化处理的时间为15～25min。

优选的，所述微弧氧化处理液包括主成膜剂、pH调节剂和溶剂。

优选的，所述主成膜剂为硅酸钠和/或硅酸钾；

所述主成膜剂在微弧氧化处理液中的浓度为10～150g/L。

优选的，所述pH调节剂为氢氧化钠和/或氢氧化钾；

所述pH调节剂在微弧氧化处理液中的浓度为0.5～3g/L。

优选的，所述微弧氧化处理液还包括膜层结构调节剂；

所述膜层结构调节剂为NaF、钨酸钠、EDTA二钠、钼酸钠、六偏磷酸钠、硼酸钠和磷酸三钠中的一种或几种；

所述膜层结构调节剂在微弧氧化处理液中的浓度为0～30g/L。

优选的，进行微弧氧化处理前，将所述微弧氧化处理液进行预热至微弧氧化处理的温度。

本发明提供了一种铝或铝合金表面微弧氧化膜层的制备方法，包括以下步骤：提供微弧氧化处理液；将铝或铝合金在所述微弧氧化处理液中进行微弧氧化处理；所述微弧氧化处理的温度≥90℃。本发明所述的微弧氧化处理温度一方面可以提高成膜速度，另一方面可以提高膜层的外层疏松层的溶解速率，保证成膜速率和外层疏松层的溶解速率保持在一个较为匹配的状态，以利于提高膜层质量；

同时，由于本发明所述的微弧氧化处理温度在90℃以上，避免了低温微弧氧化处理带来了成本高和易造成资源浪费的问题。

附图说明

图1为所述微弧氧化处理使用的装置，其中，1-加热控制系统，2-搅拌控制系统，3-加热棒，4-搅拌器，5-铝或铝合金，6-阳极杆，7-电解液，8-不锈钢槽体，9-阴阳极绝缘套，10-回流罩。

具体实施方式

本发明提供了一种铝或铝合金表面微弧氧化膜层的制备方法，包括以下步骤：

提供微弧氧化处理液；

将铝或铝合金在所述微弧氧化处理液中进行微弧氧化处理；

所述微弧氧化处理的温度≥90℃。

在本发明中，若无特殊说明，所有处理过程中用到的原料均为本领域技术人员熟知的市售产品。

本发明提供微弧氧化处理液；所述微弧氧化处理液包括主成膜剂、pH调节剂和溶剂。在本发明中，所述主成膜剂优选为硅酸钠和/或硅酸钾，当所述主成膜剂为硅酸钠和硅酸钾时，本发明对所述硅酸钠和硅酸钾的配比没有任何特殊的限定，按任意配比进行混合即可。在本发明中，所述pH调节剂优选为氢氧化钠和/或氢氧化钾；当所述pH调节剂为氢氧化钠和氢氧化钾时，本发明对所述氢氧化钠和氢氧化钾的配比没有任何特殊的限定，按任意配比进行混合即可。在本发明中，所述溶剂优选为蒸馏水。

在本发明中，所述主成膜剂在微弧氧化处理液中的浓度优选为(10～150)g/L，更优选为(105～150)g/L，最优选为(110～140)g/L；所述pH调节剂在微弧氧化处理液的浓度优选为(0.5～3)g/L，更优选为(0.8～2.5)g/L，最优选为(1.5～2.0)g/L。

在本发明中，所述微弧氧化处理液优选还包括膜层结构调节剂；所述膜层结构调节剂优选为NaF、钨酸钠、EDTA二钠、钼酸钠、六偏磷酸钠、硼酸钠和磷酸三钠中的一种或几种；当所述膜层结构调节剂为上述具体选择中的两种以上时，本发明对所述具体物质的配比没有任何特殊的限定，按任意配比进行混合即可；在本发明中，所述膜层结构调节剂在微弧氧化处理液中的浓度优选为(0～30)g/L。

在本发明中，所述微弧氧化处理液的制备方法，优选包括以下步骤：

将上述主成膜剂、pH调节剂、膜层结构调节剂和溶剂混合，得到微弧氧化处理液。

在本发明中，所述混合优选在搅拌的条件下进行，本发明对所述搅拌没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的搅拌过程进行搅拌并使溶液混合均匀即可。

在本发明中，所述主成膜剂、pH调节剂、膜层致密性调节剂和溶剂的混合优选为将主成膜剂、pH调节剂和膜层致密性调节剂加入溶剂中；本发明对所述主成膜剂、pH调节剂和膜层致密性调节剂加入溶剂中的顺序没有任何特殊的限定，采用任意加入顺序进行混合即可。

本发明对所述铝合金的组分没有任何特殊的限定，选用本领域技术人员熟知的铝合金即可。

在本发明中，进行微弧氧化处理前优选对所述铝或铝合金进行预处理；所述预处理优选为除油清洗；本发明对所述除油清洗没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的对铝或铝合金进行除油清洗的过程进行清洗即可。

在本发明中，所述微弧氧化处理使用的设备优选包括直流脉冲微弧氧化电源、电解槽、搅拌系统和加热系统；在本发明中，所述直流脉冲微弧氧化电源的正极优选通过导线连接阳极杆，所述直流脉冲微弧氧化电源的负极与不锈钢电解槽链接；在本发明中，所述电解槽优选包括不锈钢槽体和回流罩；所述不锈钢槽体与回流罩优选构成一个密闭的电解系统；所述电解槽在电解槽的侧壁上方优选设置阴阳极绝缘套，所述阴阳极绝缘套优选放置所述阳极杆，所述阳极杆优选通过导线连接铝或铝合金；所述铝或铝合金优选置于所述不锈钢槽体内部的电解液中；在本发明中，所述加热系统优选包括加热控制系统和加热棒；所述加热棒优选置于电解液内，所述加热棒的材质优选为不锈钢；所述搅拌系统优选包括搅拌控制系统和搅拌器，所述搅拌器优选置于电解液内(如图1所示)。图1为所述微弧氧化处理使用的装置，其中，1-加热控制系统，2-搅拌控制系统，3-加热棒，4-搅拌器，5-铝或铝合金，6-阳极杆，7-电解液，8-不锈钢槽体，9-阴阳极绝缘套，10-回流罩。

在本发明中，所述微弧氧化处理前优选将所述微弧氧化处理液预热至微弧氧化处理温度，然后将所述铝或铝合金用铝电极或铝导线牢固连接后置于盛有上述微弧氧化处理液的电解槽中，以便进行后续的微弧氧化处理。

在本本发明中，所述微弧氧化处理的温度为90℃以上；在本发明中，所述微弧氧化处理的温度的上限值优选为溶液保持沸腾的温度。在本发明中，所述微弧氧化处理的脉冲频率优选为50～2000Hz，更优选为50～480Hz，最优选为100～400Hz；脉宽调节范围优选为50～5000μs，更优选为500～4500μs，最优选为1500～3500μs。

在本发明中，所述微弧氧化处理过程中的电流密度优选为2～30A/dm²，更优选为21～30A/dm²，最优选为24～28A/dm²；所述微弧氧化处理的时间优选为15～25min，更优选为20min。

微弧氧化处理完成后，本发明优选进行后处理；所述后处理为依次进行的清洗和干燥；所述清洗优选为用水清洗，所述干燥优选为自然风干或烘干。

在本发明中，利用上述制备方法制备得到的微弧氧化膜层的厚度优选为20～30μm，表面粗糙度优选为1.5～2.0。

下面结合实施例对本发明提供的一种铝或铝合金表面微弧氧化膜层的制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

将纯铝进行除油清洗，晾干待用；

提供微弧氧化处理液：按照：硅酸钠20g/L、氢氧化钾2g/L的浓度，将硅酸钠、氢氧化钠和水在搅拌的条件下混合，直至完全溶解；

将所述纯铝用铝导线接入盛放有所述微弧氧化处理液的电解槽内，罩上密封罩；加热微弧氧化处理液温度至90℃以上，进行微弧氧化处理(电源参数：脉冲频率500Hz，脉宽调节范围200μs；电流密度10A/dm²，时间20min)；

处理完成后，用清水进行清洗并自然风干；

在纯铝表面得到的微弧氧化膜层的厚度为23μm，将在纯铝表面得到的微弧氧化膜层进行原子力显微镜测试，所述微弧氧化膜层的表面粗糙度为1.6。

对比例1

将纯铝进行除油清洗，晾干待用；

提供微弧氧化处理液：按照：硅酸钠20g/L、氢氧化钾2g/L的浓度，将硅酸钠、氢氧化钠和水在搅拌的条件下混合，直至完全溶解；

将所述铝合金用铝导线接入盛放有所述微弧氧化处理液的电解槽内，罩上密封罩；加热微弧氧化处理液温度至25～35℃以上，进行微弧氧化处理(电源参数：脉冲频率500Hz，脉宽调节范围200μs；电流密度10A/dm²，时间20min)；

处理完成后，用清水进行清洗并自然风干；

在纯铝表面得到的微弧氧化膜层的厚度为19μm，将在纯铝表面得到的微弧氧化膜层进行原子力显微镜测试，所述微弧氧化膜层的表面粗糙度为2.4。

实施例2

将2A12铝合金进行除油清洗，晾干待用；

提供微弧氧化处理液：按照：硅酸钠10g/L、氢氧化钾52g/L和5g/L钨酸钠的浓度，将硅酸钠、氢氧化钠、钨酸钠和水在搅拌的条件下混合，直至完全溶解；

将所述铝合金用铝导线接入盛放有所述微弧氧化处理液的电解槽内，罩上密封罩；加热微弧氧化处理液温度至90℃以上，进行微弧氧化处理(电源参数：脉冲频率1000Hz，脉宽调节范围200μs；电流密度5A/dm²，时间20min)；

处理完成后，用清水进行清洗并自然风干；

在纯铝表面得到的微弧氧化膜层的厚度为21μm，将在纯铝表面得到的微弧氧化膜层进行原子力显微镜测试测试，所述微弧氧化膜层的表面粗糙度为1.4。

对比例2

将纯铝进行除油清洗，晾干待用；

提供微弧氧化处理液：按照：硅酸钠10g/L、氢氧化钾2g/L和5g/L钨酸钠的浓度，将硅酸钠、氢氧化钠、钨酸钠和水在搅拌的条件下混合，直至完全溶解；

将所述铝合金用铝导线接入盛放有所述微弧氧化处理液的电解槽内，罩上密封罩；加热微弧氧化处理液温度至25～35℃以上，进行微弧氧化处理(电源参数：脉冲频率1000Hz，脉宽调节范围200μs；电流密度5A/dm²，时间20min)；

处理完成后，用清水进行清洗并自然风干；

在纯铝表面得到的微弧氧化膜层的厚度为19μm，将在纯铝表面得到的微弧氧化膜层进行原子力显微镜测试，所述微弧氧化膜层的表面粗糙度为2.4。

由以上实施例可知，在本发明中，利用本发明所述制备方法制备得到的微弧氧化膜层的厚度优选为20～30μm，表面粗糙度优选为1.5～2.0；较低温微弧氧化处理得到的微弧氧化膜层的质量有较大的提高，且本发明所述的制备方法在保证微弧氧化膜质量的同时，还充分利用了微弧氧化处理过程中产生的热量。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。