CN101429671A - 一种铝合金表面氧化锆涂层及其制备方法 - Google Patents
一种铝合金表面氧化锆涂层及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101429671A CN101429671A CNA2008102030010A CN200810203001A CN101429671A CN 101429671 A CN101429671 A CN 101429671A CN A2008102030010 A CNA2008102030010 A CN A2008102030010A CN 200810203001 A CN200810203001 A CN 200810203001A CN 101429671 A CN101429671 A CN 101429671A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- zirconium
- aluminum alloy
- zirconium oxide
- preparation
- alloy surface
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
本发明涉及一种铝合金表面氧化锆涂层及其制备方法，属于涂层材料技术领域。本发明利用等离子体电解氧化方法控制电解溶液成分包括氧化锆或氢氧化锆1－100g/L，可溶性氢氧化物1－5g/L。制得的氧化锆涂层由四方相氧化锆、单斜相氧化锆、γ型氧化铝组成，主晶相为四方相氧化锆，涂层厚度为20微米～300微米。该涂层能适应较复杂结构的零件表面的加工，与基体结合强度高，涂层的硬度可达1700－1800HV。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝合金表面氧化锆涂层及其制备方法，属于涂层材料技术领域。
背景技术
氧化锆化学性能稳定，除硫酸和氢氟酸外，对酸、碱及碱熔体、玻璃熔体和熔融金属都具有很好的稳定性。在各种金属氧化物陶瓷材料中，氧化锆的高温热稳定性、隔热性能最好，最适宜作陶瓷涂层和高温耐火制品。氧化锆的热导率(1W/(m·K))在常见的陶瓷材料中最低，尤其是在高温1000℃时，它的热导率值是所有致密陶瓷材料中最低(2.3W/(m·K))的。而热膨胀系数(9×10-6～11.5×10-6/K)又与金属材料较为接近，成为重要的陶瓷涂层材料，能够形成对金属的有效防护，是目前最为先进、应用前景最好的表面防护涂层之一。
目前，氧化锆涂层的制备技术有等离子喷涂(APS)、火焰喷涂、电子束物理气相沉积(EBPVD)、激光化学气相沉积、磁控溅射等，其中等离子喷涂技术应用较广泛，它是利用等离子体产生的高温使陶瓷颗粒以熔融态涂敷在材料表面。这些技术都是通过物理、化学的方法，将氧化锆颗粒沉积在材料表面。目前的研究，主要集中在钛合金、不锈钢基材表面，而对于铝合金基材表面氧化钛涂层的制备研究较少。铝合金的熔点较低，等离子喷涂等方法不适用，会造成基体材料的退火。
发明内容
本发明的目的是为解决上述问题而提出一种铝合金表面氧化锆涂层及其制备方法。
本发明采用等离子体电解氧化方法制备。基材为铝及其合金。其制备过程包括基材的前处理、电解液的配制、等离子体电解氧化。
材料的前处理、原料配比及关键工序参数如下：
(1)基材的前处理
基材的前处理是采用去污粉除油，然后采用水进行冲洗。
2.电解液的配制
氧化锆涂层的制备采用的电解液为包含氧化锆或氢氧化锆颗粒的碱性水溶液，所用电解溶液按照质量与总体积比为：
氧化锆或氢氧化锆 1-100g/L
可溶性氢氧化物 1-5g/L
可溶性氢氧化物可以是氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化钙、氨水等，其中氢氧化钠、氢氧化钾较为常用。
氧化锆或氢氧化锆颗粒可采用共沉淀、金属醇盐、溶胶-凝胶等方法制备。其中共沉淀法因成本低廉、适于大规模生产。采用锆的可溶盐，如氟锆酸盐、硫酸氧锆等，将其溶于一定量的水中，制成溶液，在搅拌的条件下，采用氨水作为沉淀剂，pH值为5～6最终获得的氢氧化锆。可以直接采用氢氧化锆作为反应物，也可以将氢氧化锆干燥，在高温下热解生成氧化锆。
3.采用的关键工序参数
将经前处理后的基材作为一个电极置于电解溶液中，电解槽采用不锈钢制造，在等离子体电解氧化过程中作为另外一个电极使用。使用电动搅拌器对电解液进行搅拌，使电解液中的氧化锆或氢氧化锆颗粒悬浮于电解槽中。采用等离子体电解氧化电源设备为交流脉冲设备，对基材施加交流脉冲电压，电源的参数为
频率大于 40Hz
正相、负相电流占空比 0.05-0.9
正相电压值 500-700V
负相电压值 100-200V
处理时间 10-120min
利用x射线衍射方法分析了本发明涂层的相组成，结果显示涂层主要由四方相氧化锆，单斜相氧化锆、γ型氧化铝组成，四方相氧化锆是涂层主晶相。根据温度和压力条件不同，氧化锆有三种结晶状态。在室温以单斜结构的氧化锆形式稳定存在，在1170-2370℃，主要是四方相氧化锆，而立方相的氧化锆存在于2370-2680℃。在不同的操作温度区间内应用这些涂层时，涂层会发生相应的相转变。四方相氧化锆转变为单斜相氧化锆时伴随着3-5％的体积膨胀，这种体积膨胀能够引起较高的残余应力和微裂纹，从而导致涂层的破坏和剥落。为了防止相转变的发生，有必要在室温稳定高温相。本发明利用等离子体电解氧化方法直接制备了氧化铝稳定的四方相氧化锆涂层。
本发明的铝合金表面氧化锆涂层厚度为20微米～300微米，与基体结合强度高，经液氮(-196)～+100冷热交变循环100次后，没有发生涂层的脱离、起皮等现象。本发明的铝合金表面氧化锆涂层的硬度可达1700-1800HV，可用于复杂结构部件的处理，对不需要涂层的部位能较好地进行保护。
附图说明
图1显示了铝合金表面氧化锆涂层的相组成，涂层主要由氧化锆组成。
图2显示了氧化锆涂层的表面性貌，涂层为颗粒状，表面较致密。
具体实施方式
下面通过实施例和对比例进一步说明本发明，但不局限于下述实施例。在等离子体电解氧化处理过程中，铝合金零件作为一个电极、对电极采用不锈钢板，采用交流脉冲等离子体电解氧化电源设备实施氧化过程，整个的工艺过程包括试样的前处理、等离子体电解氧化、清洗、干燥，其具体处理工艺按以下步骤进行。
实施例1
取一尺寸为60×60mm的铝合金试片，标记为1#，采用去污粉除油，按照如下质量与体积比配制电解液，氢氧化锆5g/l、氢氧化钾2g/l。将铝合金试片置于电解液中，并与电源的一个电极相连，电源的另一个电极与不锈钢板连接，同时置于电解液中。电源的频率为50Hz，正相、负相电流占空比分别为0.4，正相电压值为500V，负相电压值为100V，处理时间60m in，所生成涂层的厚度为60微米，涂层硬度为1700HV。
实施例2
取一尺寸为60×60mm的铝合金试片，标记为2#，依次经过碱洗、酸洗等工序，按照如下质量与体积比配制电解液，氧化锆5g/l、氢氧化钠2g/l。将铝合金试片置于电解液中，并与电源的一个电极相连，电源的另一个电极与不锈钢板连接，同时置于电解液中。电源的频率为500Hz，正相、负相电流占空比分别为0.4，正相电压值为550V，负相电压值为110V，处理时间90min，所生成涂层的厚度为95微米，涂层硬度为1800HV。
实施例3
取一尺寸为60×60mm的钛合金试片，标记为3#，依次经过碱洗、酸洗等工序，按照如下质量与体积比配制电解液，氧化锆10g/l、氨水2g/l。将铝合金试片置于电解液中，并与电源的一个电极相连，电源的另一个电极与不锈钢板连接，同时置于电解液中。电源的频率为500Hz，正相、负相电流占空比分别为0.2，正相电压值为580V，负相电压值为130V，处理时间120min，所生成涂层的厚度为140微米，涂层硬度为1800HV。
对比例1
取一尺寸为60×60mm的钛合金试片，标记为4#，依次经过碱洗、酸洗等工序，按照如下质量与体积比配制电解液，氧化锆10g/l、氢氧化钠10g/l。将铝合金试片置于电解液中，并与电源的一个电极相连，电源的另一个电极与不锈钢板连接，同时置于电解液中。电源的频率为100Hz，正相、负相电流占空比分别为0.4，正相电压值为50V，负相电压值为10V，处理时间30min，表面不能生成涂层。
Claims (8)
1、一种铝合金表面氧化锆涂层其特征在于涂层由四方相氧化锆、单斜相氧化锆、γ型氧化铝组成，主晶相为四方相氧化锆，涂层厚度为20微米～300微米。
2、一种铝合金表面氧化锆涂层的制备方法，包括基材的前处理、电解液的配制、等离子体电解氧化，其特征在于：
所述的电解液为包含氧化锆或氢氧化锆颗粒的碱性水溶液，所用电解溶液按质量与总体积比为氧化锆或氢氧化锆1-100g/L，可溶性氢氧化物1-5g/L；
所述的等离子体电解氧化参数为：
频率 大于40Hz；
正相、负相电流占空比 0.05-0.9；
正相电压值 500-700V；
负相电压值 100-200V；
处理时间 10-120min。
3、按权利要求2所述的一种铝合金表面氧化锆涂层的制备方法，其特征在于所述的可溶性氢氧化物是氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化钙或氨水。
4、按权利要求2所述的一种铝合金表面氧化锆涂层的制备方法，其特征在于所述的可溶性氢氧化物优选氢氧化钠或氢氧化钾。
5、按权利要求2或3或4所述的一种铝合金表面氧化锆涂层的制备方法，其特征在于所述的氧化锆或氢氧化锆颗粒可采用共沉淀、金属醇盐、溶胶-凝胶等方法制备。
6、按权利要求5所述的一种铝合金表面氧化锆涂层的制备方法，其特征在于制备氢氧化锆颗粒的共沉淀法是采用可溶锆盐溶于水中制成溶液，采用氨水为沉淀剂，控制pH值为5～6。
7、按权利要求5所述的一种铝合金表面氧化锆涂层的制备方法，其特征在于制备氧化锆颗粒的共沉淀法是采用可溶锆盐溶于水中制成溶液，采用氨水为沉淀剂，控制pH值为5～6，在高温下热解生成氧化锆。
8、按权利要求6或7所述的一种铝合金表面氧化锆涂层的制备方法，其特征在于所述的可溶锆盐为氟锆酸盐或硫酸氧锆。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008102030010A CN101429671B (zh) | 2008-11-20 | 2008-11-20 | 一种铝合金表面氧化锆涂层的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008102030010A CN101429671B (zh) | 2008-11-20 | 2008-11-20 | 一种铝合金表面氧化锆涂层的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101429671A true CN101429671A (zh) | 2009-05-13 |
| CN101429671B CN101429671B (zh) | 2011-08-03 |
Family
ID=40645304
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2008102030010A Expired - Fee Related CN101429671B (zh) | 2008-11-20 | 2008-11-20 | 一种铝合金表面氧化锆涂层的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101429671B (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102277606A (zh) * | 2010-06-09 | 2011-12-14 | 西安康博新材料科技有限公司 | 铝、镁合金及其复合材料表面热障涂层的制备方法 |
| WO2015090267A1 (de) * | 2013-12-17 | 2015-06-25 | Meotec GmbH & Co. KG | Verfahren zur erzeugung einer schutzschicht auf einem thermisch belasteten bauteil sowie bauteil mit einer derartigen schutzschicht |
| CN105239356A (zh) * | 2015-09-05 | 2016-01-13 | 苏州宏久航空防热材料科技有限公司 | 一种碳化硅纤维表面复合陶瓷涂层及其制备方法 |
| CN112789258A (zh) * | 2018-08-01 | 2021-05-11 | 法商圣高拜欧洲实验及研究中心 | 用于耐火产品的保护层 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101092732A (zh) * | 2007-04-13 | 2007-12-26 | 西安交通大学 | 锆基表面的氧化锆－氧化铝双相梯度陶瓷涂层的制备工艺 |
-
2008
- 2008-11-20 CN CN2008102030010A patent/CN101429671B/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102277606A (zh) * | 2010-06-09 | 2011-12-14 | 西安康博新材料科技有限公司 | 铝、镁合金及其复合材料表面热障涂层的制备方法 |
| CN102277606B (zh) * | 2010-06-09 | 2013-08-21 | 西安康博新材料科技有限公司 | 铝、镁合金及其复合材料表面热障涂层的制备方法 |
| WO2015090267A1 (de) * | 2013-12-17 | 2015-06-25 | Meotec GmbH & Co. KG | Verfahren zur erzeugung einer schutzschicht auf einem thermisch belasteten bauteil sowie bauteil mit einer derartigen schutzschicht |
| CN105239356A (zh) * | 2015-09-05 | 2016-01-13 | 苏州宏久航空防热材料科技有限公司 | 一种碳化硅纤维表面复合陶瓷涂层及其制备方法 |
| CN112789258A (zh) * | 2018-08-01 | 2021-05-11 | 法商圣高拜欧洲实验及研究中心 | 用于耐火产品的保护层 |
| CN112789258B (zh) * | 2018-08-01 | 2023-02-17 | 法商圣高拜欧洲实验及研究中心 | 用于耐火产品的保护层 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101429671B (zh) | 2011-08-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI564437B (zh) | 非金屬塗覆物及其生產方法 | |
| JP4783376B2 (ja) | 有機または無機被膜の前に、セラミック酸化物でアルミニウム基材を陽極被覆する、製造物品およびプロセス | |
| CN102242364B (zh) | 铝及铝合金化学转化-微弧氧化制备陶瓷膜的方法 | |
| CN101429671B (zh) | 一种铝合金表面氧化锆涂层的制备方法 | |
| TWI418664B (zh) | 閥金屬電漿電解氧化表面處理方法 | |
| Yang et al. | Characterization and properties of plasma electrolytic oxidation coating on low carbon steel fabricated from aluminate electrolyte | |
| CN102851719B (zh) | 一种锆基非晶合金复合材料及其制备方法 | |
| CN106637354A (zh) | 一种铍及铍铝合金表面微弧氧化膜层制备方法 | |
| CN1721578A (zh) | 钢铁表面微弧氧化处理方法 | |
| CN101260555B (zh) | 在铜及其合金表面等离子体液相电解沉积陶瓷膜的方法 | |
| CN102330095A (zh) | 一种钢基材料表面的Al2O3涂层制备方法 | |
| Li et al. | Growth mechanism of micro-arc oxidation film on 6061 aluminum alloy | |
| Jiang et al. | Favorable deposition of γ-Al2O3 coatings by cathode plasma electrolysis for high-temperature application of Ti-45Al-8.5 Nb alloys | |
| CN109183115A (zh) | 一种表面覆有超硬微弧氧化陶瓷膜的铝合金的制备方法 | |
| Zhitomirsky | Electrolytic TiO2-RuO2 deposits | |
| Liu et al. | Preparation and properties of ceramic coatings by cathode plasma electrolytic deposition on titanium alloy | |
| Xue et al. | Significance of waveform design to achieve bipolar electrochemical jet machining of passivating material via regulation of electrode reaction kinetics | |
| CN102534617A (zh) | 一种防止钼及钼合金氧化的方法 | |
| CN103266343A (zh) | 金属材料的表面糙化方法 | |
| Li et al. | Micro arc oxidation of S-containing TiO2 films by sulfur bearing electrolytes | |
| CN106544627B (zh) | 一种抗高温热腐蚀复合涂层及其制备方法 | |
| Song et al. | Product/metal ratio (PMR): A novel criterion for the evaluation of electrolytes on micro-arc oxidation (MAO) of Mg and its alloys | |
| Yerokhin et al. | Anodising of light alloys | |
| Guang-Liang et al. | Characterization of microarc oxidation discharge process for depositing ceramic coating | |
| CN106757274A (zh) | 一步法制备黑色氧化钛/氧化铝复合陶瓷涂层的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110803 Termination date: 20131120 |