CN102330139A

CN102330139A - 微弧氧化陶瓷膜的封闭处理方法

Info

Publication number: CN102330139A
Application number: CN201110288402A
Authority: CN
Inventors: 穆燿钊; 杨艳; 张镜斌; 王伟
Original assignee: NO 12 INST CHINA MARINE HEAVY INDUSTRY GROUP Co
Current assignee: NO 12 INST CHINA MARINE HEAVY INDUSTRY GROUP Co
Priority date: 2011-10-27
Filing date: 2011-10-27
Publication date: 2012-01-25

Abstract

本发明公开的微弧氧化陶瓷膜的封闭处理方法，首先用丙酮对待封闭的铝合金微弧氧化试样表面去污除油，再采用50℃-60℃蒸馏水超声震动清洗；接着采用有机硅原液与质量浓度为95％以上的酒精真空浸渗；最后放入保温炉中保温，完成封闭处理。本发明微弧氧化陶瓷膜的封闭处理方法，能够大幅提高微弧氧化膜层的耐磨耐蚀性能，有效降低氧化膜层的沾染性，提高氧化膜层的电绝缘性能，提高膜层韧性。

Description

微弧氧化陶瓷膜的封闭处理方法

技术领域

本发明属于材料表面处理技术领域，涉及一种封闭处理方法，具体涉及一种微弧氧化陶瓷膜的封闭处理方法。

背景技术

微弧氧化是将Al、Mg、Ti、Ta、Nb等阀金属及其合金置于一定的电解液体系中，利用电化学方法，使材料表面产生火花放电，在热化学、等离子体化学和电化学的共同作用下，在阀金属表面生成陶瓷膜层的方法。这样得到的膜层，其耐磨、耐腐蚀、耐高温冲击等性能均明显高于传统阳极氧化膜。其显微硬度最高可达2000Hv，厚度可达200-300μm且与基体呈冶金结合。

微弧氧化过程中微等离子弧不断的产生熄灭，微弧放电的通道(微孔)部分会残留下来。另外，微等离子弧虽然存续时间极短但其温度却高达8000K，熔融的氧化物在电解液的激冷下迅速凝固，产生较大的应力，在膜层中形成一些微裂纹，使得微弧氧化膜层存在一定的孔隙率。这些微孔及微裂纹就成为膜层的薄弱环节，致使微弧氧化膜层的耐蚀性大打折扣，在腐蚀环境中，腐蚀介质会沿着这些缺陷到达基体，导致基体腐蚀。海洋环境中的Cl-半径非常小，只有0.18nm，具有非常强的穿透力，因此，必须采用合适的封闭剂和封闭方法对膜层进行封闭处理。封闭后的微弧氧化膜层微孔尺寸及孔隙率大大减少，从而提高了氧化膜层的防污染、抗蚀等性能。例如，常用的水合封闭是在80度以上的中性水中，氧化铝与水化合成勃姆体型的水合氧化铝，由于水合氧化铝的密度(3014kg/m³)比氧化铝(3420kg/m³)的体积增大30％左右，堵塞了氧化膜的孔隙；又如，在金属盐溶液中封闭，既发生氧化膜的水合反应，又存在着盐类水解生成氢氧化物或是金属离子与某些阴离子反应生成新的金属络合物在膜孔隙中沉淀析出的过程，它们共同作用使孔隙封闭。水合封闭普遍用于铝合金型材阳极氧化后的封闭，缺点是能源成本较高、封孔速度慢、尤其是水质要求高。金属盐溶液封闭所采用的重铬酸钾、乙酸镍、氟化镍等都含重金属离子，废液需处理才能排放，否则会对环境造成不同程度的污染。另外，由于铝铜合金耐蚀性较差，在苛刻的腐蚀环境下使用时，采用上述封闭方法难以满足要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种微弧氧化陶瓷膜的封闭处理方法，所采用的有机硅材料化学稳定性好，无毒副作用，安全无污染，封闭后的膜层耐蚀性能大幅提高。适用于对耐蚀性能要求严格的铝合金微弧氧化部件的封闭。

本发明所采用的技术方案是，微弧氧化陶瓷膜的封闭处理方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：用丙酮对待封闭的铝合金微弧氧化试样表面去污除油，再采用50℃-60℃蒸馏水超声震动清洗；

步骤2：真空浸渗，将步骤1得到的清洗干净的铝合金微弧氧化试样放入耐压容器内，密封，抽真空，注入封闭剂淹没试样，解除真空，利用大气压将封闭剂压入微弧氧化膜层微孔内；

步骤3：将步骤2得到的浸渗后的试样放入保温炉中保温，完成封闭处理。

本发明的特点还在于，

其中的铝合金微弧氧化试样采用ZL101A、ZL205A、AZ61、ZM5或TC4。

其中的步骤2中的抽真空，真空度为10^-4-10^-2MPa。

其中的步骤2中的封闭剂由有机硅原液与质量浓度为95％以上的酒精按照5∶1-10∶1的质量比搅拌混合均匀而成。

其中的步骤3中的保温，温度为120℃-150℃，保温时间为15-30min。

本发明的有益效果是，

1.大幅提高微弧氧化膜层的耐磨耐蚀性能。

微弧氧化膜层孔隙率的大小直接影响到膜层耐腐蚀性能的好坏。微弧氧化膜层形成过程中，产生的微裂纹以及微等离子弧放电留下的部分通道会残留下来，使得微弧氧化膜层存在一定的孔隙率。在腐蚀环境中，腐蚀介质会沿着这些通道到达基体，导致基体腐蚀。海洋环境中的Cl-半径非常小，只有0.18nm，具有非常强的穿透力，因此，采用合适的封闭剂和封闭方法有效地降低氧化膜层孔隙率，可有效提高膜层的耐蚀性，封闭效果的好坏是决定膜层耐蚀性能的关键因素之一。通过浸渗封闭技术可大幅提高膜层的致密性，有效降低微弧氧化膜层因固有的孔隙引发的腐蚀倾向。

2.有效降低氧化膜层的沾染性，提高氧化膜层的电绝缘性能。

微弧氧化膜层具有一定的孔隙率，而这些孔隙容易吸附外环境中的物质，导致膜层表面污染，而且在这些微孔处易发生电击穿，通过浸渗封闭处理，有效防止膜层表面污染，提高其电绝缘性能。

3.提高膜层韧性。

封闭剂充填到膜层的孔隙及裂纹中并固化，可有效防止裂纹的扩展，对陶瓷膜层起到了一定的增韧强化效果。

附图说明

图1是封闭前后膜层表面扫描电镜照片对比；

图2是经真空浸渗封闭与涂覆封闭微弧氧化试样天然海水浸泡60天的腐蚀情况对比。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明微弧氧化陶瓷膜的封闭处理方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：用丙酮对待封闭的铝合金微弧氧化试样表面去污除油，再采用50℃-60℃蒸馏水超声震动清洗。微弧氧化试样采用ZL101A、ZL205A、AZ61、ZM5或TC4等材料制得。

步骤2：真空浸渗，将步骤1得到的清洗干净的铝合金微弧氧化试样放入耐压容器内，密封，抽真空，使真空度达到10^-2-10^-4MPa，注入封闭剂淹没全部零件，解除真空，利用大气压将封闭剂压入膜层微孔内，或再充气加压，进一步提高浸渗效果。封闭剂由有机硅原液与质量浓度为95％以上的酒精按照5∶1-10∶1的质量比搅拌混合均匀而制成。

步骤3：将步骤2得到的浸渗后的试样放入保温炉中在120℃-150℃下保温15-30min。

以下从原理方面对本发明进行说明：

1、有机硅具有表面张力低、粘温系数小、气体渗透性高等基本性质，并具有耐高低温、电气绝缘、耐氧化稳定性、耐候性、难燃、憎水、耐腐蚀、无毒无味以及生理惰性等优异特性，用作封闭剂主要成分可获得良好的封闭效果且使用安全。本发明采用的封闭剂为有机硅原液与浓度为95％以上的酒精按照5∶1-10∶1的质量比搅拌混合均匀制备而成浸渗剂。封闭剂中酒精含量过高则封闭剂粘度小，流动性好，在固化前易从孔隙中流出；酒精含量过小则封闭剂粘度，不易渗入孔隙及裂纹中。因此，超出上述比例范围则封闭效果难以保证。

2、浸渗时的真空度可在10^-2-10^-4MPa范围内选择，真空度过低浸渗效果不好，过高的真空度抽真空耗时长，成本高。

3、将浸渗后的试样放入保温炉中在120℃-150℃下保温15-30min，温度过高会使部分有机硅发生分解；温度过低则不能充分固化。

4、图1是封闭前后膜层表面扫描电镜照片对比；从图中封闭前后膜层表面的围观形貌对比可以看出，封闭后膜层表面孔隙及微裂纹几乎完全被固化的有机硅填充，从而可有效阻止腐蚀介质对铝合金基体的腐蚀。

图2是经真空浸渗封闭与涂覆封闭的微弧氧化试样天然海水浸泡60天后的腐蚀情况对比。图中的铝合金微弧氧化试样左边的是经真空浸渗封闭处理，右边是直接用有机硅封闭剂涂覆封闭的，两试样经天然海水浸泡60天后的表面状态，试样表面的白色斑点是腐蚀产物。可以看出采用真空浸渗封闭的试样几乎没有发生耐蚀，而直接涂覆封闭处理的试样点蚀现象明显。

从图1中封闭前后膜层表面的微观形貌对比可以看出，封闭后膜层表面孔隙及微裂纹几乎完全被固化的有机硅填充。从图2可以看出采用真空浸渗封闭的试样耐蚀性能明显优于直接涂覆封闭处理的试样。

实施例1

ZL101A微弧氧化试样：60×40×5mm，膜厚约35μm，去污除油。

有机硅封闭剂配置：将有机硅原液与95％以上的酒精按照10∶1的质量比搅拌混合均匀。

真空浸渗：试样放入耐压容器内密封，抽真空，真空度：10^-4MPa，注入封闭剂淹没全部零件，解除真空，利用大气压将封闭剂压入膜层微孔内，再重复操作一次。

加热固化：将浸渗后的试样放入保温炉中在150℃下保温20min。

实施例2

ZL205A微弧氧化试样60×40×5mm，膜厚约35μm，去污除油。有机硅封闭剂配置：将有机硅原液与95％以上的酒精按照10∶1的质量比搅拌混合均匀。

真空浸渗：试样放入耐压容器内密封，抽真空，真空度：5×10^-3MPa，注入封闭剂淹没全部零件，解除真空，利用大气压将封闭剂压入膜层微孔内，再重复操作一次。

加热固化：将浸渗后的试样放入保温炉中在150℃下保温15min。

实施例3

AZ61微弧氧化试样：60×40×5mm，膜厚约35μm，去污除油。

有机硅封闭剂配置：将有机硅原液与95％以上的酒精按照8∶1的质量比搅拌混合均匀。

真空浸渗：试样放入耐压容器内密封，抽真空，真空度：10^-2MPa，注入封闭剂淹没全部零件，解除真空，利用大气压将封闭剂压入膜层微孔内，再重复操作一次。

加热固化：将浸渗后的试样放入保温炉中在130℃下保温20min。

实施例4

ZM5微弧氧化试样：60×40×5mm，膜厚约35μm，去污除油。

有机硅封闭剂配置：将有机硅涂料与95％以上的酒精按照10∶1的质量比搅拌混合均匀。

真空浸渗：试样放入耐压容器内密封，抽真空，真空度：10^-3MPa，注入封闭剂淹没全部零件，解除真空，利用大气压将封闭剂压入膜层微孔内，再重复操作一次。

加热固化：将浸渗后的试样放入保温炉中在140℃下保温18min。

实施例5

TC4微弧氧化试样：60×40×5mm，膜厚约35μm，去污除油。

有机硅封闭剂配置：将有机硅涂料与95％以上的酒精按照6∶1的质量比搅拌混合均匀。

真空浸渗：试样放入耐压容器内密封，抽真空2×10^-3注入封闭剂淹没全部零件，解除真空，利用大气压将封闭剂压入膜层微孔内，再重复操作一次。

加热固化：将浸渗后的试样放入保温炉中在120℃下保温30min。

Claims

1.微弧氧化陶瓷膜的封闭处理方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

2.根据权利要求1所述的微弧氧化陶瓷膜的封闭处理方法，其特征在于，所述的步骤1中的铝合金微弧氧化试样采用ZL101A、ZL205A、AZ61、ZM5或TC4。

3.根据权利要求1所述的微弧氧化陶瓷膜的封闭处理方法，其特征在于，所述的步骤2中的抽真空，真空度为10^-4-10^-2MPa。

4.根据权利要求1所述的微弧氧化陶瓷膜的封闭处理方法，其特征在于，所述的步骤2中的封闭剂由有机硅原液与质量浓度为95％以上的酒精按照5∶1-10∶1的质量比搅拌混合均匀而成。

5.根据权利要求1所述的微弧氧化陶瓷膜的封闭处理方法，其特征在于，所述的步骤3中的保温，温度为120℃-150℃，保温时间为15-30min。