CN102206841B - 铝基复合材料表面离子液体电沉积铝膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种复合材料技术领域的铝基复合材料表面离子液体电沉积铝膜的制备方法，采用季铵盐类、吡啶盐类或咪唑盐类与无水三氯化铝和添加剂配制得到电沉积液，在氩气保护环境下经过电化学活化后以铝基复合材料为阴极、纯铝为阳极，在电沉积液中进行直流电沉积使复合材料表面形成铝膜。本发明提高了该复合材料表面的抗腐蚀性能，同时也保证了复合材料电沉积铝膜的耐蚀性不会低于基体合金电沉积铝膜的耐蚀性。

Description

铝基复合材料表面离子液体电沉积铝膜的制备方法
技术领域
本发明涉及的是一种复合材料技术领域的表面涂层及其制备，具体是一种铝基复合材料表面离子液体电沉积铝膜的制备方法。
背景技术
原位内生的TiB2颗粒以其导电性良好、密度低、硬度高、熔点高和界面润湿性良好等优点，使原位内生TiB2颗粒增强铝基复合材料具有比强度、比刚度高、耐磨性好、弹性模量高等多种优异的性能，从而在多种领域都具有广泛的应用前景。但是由于TiB2颗粒的存在导致复合材料的耐腐蚀性能比基体合金低很多，这严重限制了材料在某些腐蚀条件较苛刻的环境中的应用。这主要是由于具有导电性的TiB2颗粒与基体之间存在电位差，它们之间极易发生电偶腐蚀。铝具有优异的耐蚀性且可进行相关的后处理，因此，可以考虑在原位内生TiB2颗粒增强铝基复合材料表面电沉积一层铝膜以满足其广泛应用的需求。
目前，如何提高铝基复合材料耐腐蚀性能的研究工作还处于起步阶段，还没有完全可行、有效的措施，且措施大多仍是模仿铝合金的，其工艺手段大都是在材料的表面制备阳极氧化铝膜。经对现有技术的文献检索发现，贺春林等人在《东北大学学报(自然科学版)》2001：22(4)：423-426撰文“SiCP/2024Al铝基复合材料及其阳极氧化膜的腐蚀行为”，该文采用硫酸阳极氧化在SiCP/2024Al复合材料表面制备了具有一定耐腐蚀性能的氧化铝膜，但其耐蚀性能不如2024Al合金的阳极氧化膜，这是由于复合材料氧化膜中SiC颗粒的存在破坏了膜的完整性和均匀性。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种铝基复合材料表面离子液体电沉积铝膜的制备方法，通过在原位内生TiB2颗粒增强铝基复合材料表面电沉积一层铝膜，提高了该复合材料表面的抗腐蚀性能，同时也保证了复合材料电沉积铝膜的耐蚀性不会低于基体合金电沉积铝膜的耐蚀性，一方面是因为纯铝具有优异的耐腐蚀性能，它的沉积消除了TiB2颗粒等对耐蚀性的不利影响，能提升该复合材料的耐蚀性；另一方面是因为电沉积铝膜与铝基复合材料的铝基体不存在电位差，它们之间不会发生电偶腐蚀，即使铝膜被损坏也不会加速基体的腐蚀；此外，因为铝基复合材料表面电沉积的铝膜是完整、平整的，其耐蚀性不会低于基体合金铝膜的耐蚀性。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明采用苄基三甲基氯化铵、氯化N-丁基吡啶盐或1-丁基-3-甲基咪唑氯盐与无水三氯化铝和添加剂配制得到电沉积液，在氩气保护环境下经过电化学活化后以铝基复合材料为阴极、纯铝为阳极，在电沉积液中进行直流电沉积使复合材料表面形成铝膜。
所述的铝基复合材料是指：原位内生TiB2颗粒增强铝基复合材料。
所述的铝基复合材料和纯铝依次经过400#、800#、1200#、2000#砂纸打磨抛光。
所述的电沉积液的组分及其用量为：1摩尔份的苄基三甲基氯化铵、1摩尔份的氯化N-丁基吡啶盐或1摩尔份的1-丁基-3-甲基咪唑氯盐中的一种与1.7～2.1摩尔份的无水三氯化铝和0.1～0.3摩尔份添加剂。
所述的配制的过程中，无水三氯化铝在600～900r/min转速的磁力搅拌以及温度低于50℃的环境下缓慢地加入有机盐中直至反应完成。
所述的电化学活化方法是指：在离子液体中，以铝基复合材料作为阳极、以纯铝作为阴极，在转速为300～600r/min的环境下以0.2～0.5A/dm2的电流密度进行电化学反应，反应时间为2～8min，温度为室温(25℃)。
所述的直流电沉积是指：以铝基复合材料为阴极、纯铝为阳极，电流密度为0.5～1.5A/dm2，电沉积时间为30～60min，电沉积温度为室温，磁力搅拌速度为400～700r/min。
本发明通过在原位内生TiB2颗粒增强铝基复合材料表面制备一层完整、平整的铝膜，完全把复合材料中的所有相都覆盖住(包括TiB2)，由此消除了相之间相互发生电偶反应的可能性，此时复合材料的表面为沉积纯铝，将使其具备较好的耐腐蚀等性能。本发明所形成的铝膜还可以进行一系列的相关后处理操作(如阳极氧化)，将进一步提高铝基复合材料表面的耐腐蚀性能。采用该方法电沉积的铝膜平整、厚度可控(9～22μm)，因其是在铝基复合材料表面形核、生长而成，以及铝膜与该材料的铝基体之间不存在热膨胀系数的差别，所以附着力强、耐温性好。本发明在原位内生TiB2颗粒增强铝基复合材料表面制备铝膜的方法，简单易行，适应性强，是铝基复合材料防腐的一条新途径。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
1)铝基复合材料和纯铝分别依次经过400#、800#、1200#、2000#砂纸打磨抛光。
2)离子液体(电沉积液)在充满氩气的真空手套箱中配置，其组分及其摩尔比为：苄基三甲基氯化铵与无水三氯化铝、添加剂的摩尔比为1∶2.1∶0.3。在配置离子液体过程中，无水三氯化铝在有磁力搅拌的情况下缓慢地加入苄基三甲基氯化铵中直至反应完成(控制温度不超过50℃)，磁力搅拌的速度为600r/min。
3)在离子液体中，以铝基复合材料作为阳极，纯铝作为阴极，在0.2A/dm2的电流密度下进行电化学活化(手套箱中操作)，反应时间为2min，温度为室温，在此反应过程中，有低速磁力搅拌伴随(转速为300r/min)。
4)在电沉积液(离子液体)中，以铝基复合材料为阴极、纯铝为阳极，然后在0.5A/dm2，室温，磁力搅拌速度为400r/min下对复合材料进行30min的直流电沉积，电沉积在手套箱中完成。
得到的铝基复合材料表面的铝膜均匀、致密、完整、平整、与基体结合力好，其厚度约为9μm。在3.5wt％NaCl溶液中进行电化学测试，结果表明：表面电沉积铝膜的铝基复合材料与未处理的铝基复合材料相比，耐腐蚀性能明显提高，腐蚀电流密度从10-5A/cm2数量级，降低到10-6A/cm2数量级。
实施例2
1)铝基复合材料和纯铝分别依次经过400#、800#、1200#、2000#砂纸打磨抛光。
2)离子液体(电沉积液)在充满氩气的真空手套箱中配置，其组分及其摩尔比为：氯化N-丁基吡啶盐与无水三氯化铝、添加剂的摩尔比为1∶1.8∶0.2。在配置离子液体过程中，无水三氯化铝在有磁力搅拌的情况下缓慢地加入氯化N-丁基吡啶盐中直至反应完成(控制温度不超过50℃)，磁力搅拌的速度为750r/min。
3)在离子液体中，以铝基复合材料作为阳极，纯铝作为阴极，在0.4A/dm2的电流密度下进行电化学活化(手套箱中操作)，反应时间为5min，温度为室温，在此反应过程中，有低速磁力搅拌伴随(转速为450r/min)。
4)在电沉积液(离子液体)中，以铝基复合材料为阴极、纯铝为阳极，然后在1.0A/dm2，室温，磁力搅拌速度为550r/min下对复合材料进行45min的直流电沉积，电沉积在手套箱中完成。
得到的铝基复合材料表面的铝膜均匀、致密、完整、平整、与基体结合力好，其厚度约为18μm。在3.5wt％NaCl溶液中进行电化学测试，结果表明：表面电沉积铝膜的铝基复合材料与未处理的铝基复合材料相比，耐腐蚀性能明显提高，腐蚀电流密度从10-5A/cm2数量级，降低到10-7A/cm2数量级。
实施例3
1)铝基复合材料和纯铝分别依次经过400#、800#、1200#、2000#砂纸打磨抛光。
2)离子液体(电沉积液)在充满氩气的真空手套箱中配置，其组分及其摩尔比为：1-丁基-3-甲基咪唑氯盐与无水三氯化铝、添加剂的摩尔比为1∶2∶0.1。在配置离子液体过程中，无水三氯化铝在有磁力搅拌的情况下缓慢地加入1-丁基-3-甲基咪唑氯盐中直至反应完成(控制温度不超过50℃)，磁力搅拌的速度为900r/min。
3)在离子液体中，以铝基复合材料作为阳极，纯铝作为阴极，在0.5A/dm2的电流密度下进行电化学活化(手套箱中操作)，反应时间为7min，温度为室温，在此反应过程中，有低速磁力搅拌伴随(转速为600r/min)。
4)在电沉积液(离子液体)中，以铝基复合材料为阴极、纯铝为阳极，然后在1.5A/dm2，室温，磁力搅拌速度为700r/min下对复合材料进行60min的直流电沉积，电沉积在手套箱中完成。
得到的铝基复合材料表面的铝膜均匀、致密、完整、平整、与基体结合力好，其厚度约为22μm。在3.5wt％NaCl溶液中进行电化学测试，结果表明：表面电沉积铝膜的铝基复合材料与未处理的铝基复合材料相比，耐腐蚀性能明显提高，腐蚀电流密度从10-5A/cm2数量级，降低到10-7A/cm2数量级。

Claims (6)

1.一种铝基复合材料表面离子液体电沉积铝膜的制备方法，其特征在于，采用苄基三甲基氯化铵、氯化N-丁基吡啶盐或1-丁基-3-甲基咪唑氯盐与无水三氯化铝和添加剂配制得到电沉积液，在氩气保护环境下经过电化学活化后以铝基复合材料为阴极、纯铝为阳极，在电沉积液中进行直流电沉积使复合材料表面形成铝膜；
所述的电化学活化方法是指：在离子液体中，以铝基复合材料作为阳极、以纯铝作为阴极，在转速为300～600r/min的环境下以0.2～0.5A/dm2的电流密度进行电化学反应，反应时间为2～8min，温度为室温。
2.根据权利要求1所述的铝基复合材料表面离子液体电沉积铝膜的制备方法，其特征是，所述的铝基复合材料是指：原位内生TiB2颗粒增强铝基复合材料。
3.根据权利要求1或2所述的铝基复合材料表面离子液体电沉积铝膜的制备方法，其特征是，所述的铝基复合材料和纯铝依次经过400#、800#、1200#、2000#砂纸打磨抛光。
4.根据权利要求1所述的铝基复合材料表面离子液体电沉积铝膜的制备方法，其特征是，所述的电沉积液的组分及其用量为：1摩尔份的苄基三甲基氯化铵、1摩尔份的氯化N-丁基吡啶盐或1摩尔份的1-丁基-3-甲基咪唑氯盐中的一种与1.7～2.1摩尔份的无水三氯化铝和0.1～0.3摩尔份添加剂。
5.根据权利要求1所述的铝基复合材料表面离子液体电沉积铝膜的制备方法，其特征是，所述的配制的过程中，无水三氯化铝在600～900r/min转速的磁力搅拌以及温度低于50℃的环境下缓慢地加入有机盐中直至反应完成。
6.根据权利要求1所述的铝基复合材料表面离子液体电沉积铝膜的制备方法，其特征是，所述的直流电沉积是指：以铝基复合材料为阴极、纯铝为阳极，电流密度为0.5～1.5A/dm2，电沉积时间为30～60min，电沉积温度为室温，磁力搅拌速度为400～700r/min。
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