CN103397365A - 一种适用于铝及铝合金微弧氧化制备陶瓷膜的电解液 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于铝及铝合金微弧氧化制备陶瓷膜的电解液，包含去离子水、六偏磷酸钠和成膜剂，其中六偏磷酸钠的浓度为50-60g/L，成膜剂的浓度为5-12g/L，pH值为7-8。该电解液不含环保限制元素且碱度较低，无毒无害，日常无需更换，绿色环保，并且组成简单，维护成本低；使用它进行微弧氧化技术具有成膜快、效率高的特点，生成的膜层均匀致密，基本无疏松层。

Description

一种适用于铝及铝合金微弧氧化制备陶瓷膜的电解液
技术领域
本发明属于轻金属表面处理领域，具体涉及一种适用于铝及铝合金微弧氧化制备陶瓷膜的电解液。
背景技术
微弧氧化技术是一种直接在轻金属表面原位生长陶瓷膜的新技术，其原理是将Al、Mg、Ti等轻金属或其合金置于电解质水溶液中作为阳极，利用电化学方法在该材料的表面产生火花放电斑点，在热化学、等离子体化学和电化学的共同作用下，获得金属氧化物陶瓷层的一种表面改性技术。
研究发现，电解液体系是影响微弧氧化技术处理效率的重要因素。以铝及铝合金为例，现阶段铝合金微弧氧化所使用的电解液多为硅酸盐、磷酸盐等强碱体系，pH高达12以上。使用此类电解液进行微弧氧化时电流密度较高，达到3-10A/dm2，而成膜速度较慢，氧化处理20min成膜不过10μm左右，整个工艺处理效率低、耗能大、成本高。并且，此类电解液通常还含有污染环境的氟离子、钒酸盐、铬酸盐、钨酸盐等有害物质。
在这种形势下，研发适用于铝及铝合金微弧氧化制备陶瓷膜工艺的电解液和相应工艺方法，以期提高微弧氧化处理效率，是完全必要的。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种适用于铝及铝合金微弧氧化制备陶瓷膜工艺的电解液和相应工艺方法，该电解液环保，使用它进行微弧氧化技术具有成膜快、能耗低、效率高的特点，生成的膜层均匀致密。
本发明适用于铝及铝合金微弧氧化制备陶瓷膜的电解液，包含去离子水、六偏磷酸钠和成膜剂，其中六偏磷酸钠的浓度为50-60g/L，成膜剂的浓度为5-12g/L，所述成膜剂由乙二酸钛胺和草酸钠以10：1的质量比组成；电解液的pH值为7-8。
本发明上述电解液中，pH值可由氢氧化钠调节至7-8；所述化学药品均为化学纯。
本发明还提供了上述电解液的制备方法，包括以下步骤：将六偏磷酸钠以50-60g/L的浓度加入去离子水中搅拌至完全溶解，然后将成膜剂按5-12g/L的浓度加入上述溶液中搅拌均匀，最后加入适量氢氧化钠调节pH值至7-8即可。
本发明还提供了一种铝及铝合金微弧氧化制备陶瓷膜的方法，包括下述步骤：
步骤（1）：将铝或铝合金物件置入清洗槽内，除去表面油污及浮尘；
步骤（2）：将物件夹装完毕后挂在氧化槽的飞靶上，并将物件置入装有本发明所述电解液的氧化槽的液面100mm以下，物件接阳极，304不锈钢板做阴极，阴、阳极的间距控制在100-200mm；
步骤（3）：开启制冷系统，确保氧化槽电解液温度保持在20-30℃；
步骤（4）：设定电参数，其中平均电流1-3A/dm2，占空比3-20%，频率400-1000Hz，电压控制在500-650V，氧化时间则视膜层厚度需要而定；
步骤（5）：开启微弧氧化电源进行氧化处理；
步骤（6）：氧化处理结束后，取出物件并水洗、晾干。
相比于现有技术，本发明公开的电解液和相应方法具有下列优势：电解液不含环保限制元素且碱度较低，无毒无害，绿色环保，并且组成简单，日常无需更换，维护成本低；使用本发明电解液进行铝及铝合金微弧氧化制备陶瓷膜的方法工艺简单，成膜速度快，能耗低，膜层均匀致密，基本无疏松层。
附图说明
图1为实施例1制备的陶瓷膜的表面形貌组织。
图2为实施例2制备的陶瓷膜的表面形貌组织。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明作进一步详细描述，但不应将其理解为对本发明保护范围的限制。
实施例1
配制电解液：将50g/L六偏磷酸钠加入去离子水中搅拌至完全溶解，然后将成膜剂按5g/L加入上述溶液中搅拌均匀，最后加入适量氢氧化钠调节pH值至8即可。
制备步骤：
（1）取规格100mm×100mm×2mm6066铝合金试件，去毛刺，随后置于清洗槽内清洗除去表面油污及浮尘；
（2）将试件夹装完毕后挂在氧化槽的飞靶上，并将物件置入装有上述电解液的氧化槽的液面以下100mm处，试件接阳极，304不锈钢板做阴极，阴、阳极的间距控制在120mm；
（3）开启制冷系统，确保氧化槽电解液温度保持在25℃；
（4）按1A/dm2设定平均电流；占空比控制在3%，频率控制在600Hz，氧化终止电压控制在620V，氧化时间20min；
（5）开启微弧氧化电源进行氧化处理；
（6）氧化处理结束后，取出试件并水洗、晾干。
对上述工艺制得的陶瓷膜的厚度、外观形貌和成份进行了检验分析。
陶瓷膜厚度采用北京时代TT230非磁性覆层测厚仪测定，平均膜厚为20μm；
陶瓷膜的外观形貌采用日本JSM-6700F扫描电镜测定如图1所示。从图1中可以看出，陶瓷膜结构均匀，且分布有均匀的气孔；
陶瓷膜的主要成分及其含量采用英国Oxford INCA能谱分析仪测定，结果见表1。
结果表明：
（1）陶瓷膜组织不含有任何环保限制元素，O、P、Ti元素来源于电解液，其它元素均来自基体。
（2）陶瓷膜的成分除与基体材料成分有关之外，还与电解液的成分密切相关。因此，若电解液含有某些有害元素，会强烈影响陶瓷膜的组分。陶瓷膜的成分表明，电解液是环保的。
表1主要成分含量
Figure BDA0000369624760000041
实施例2
配制电解液：将55g/L六偏磷酸钠加入去离子水中搅拌至完全溶解。然后将成膜剂按8g/L加入上述溶液中搅拌均匀，最后加入适量氢氧化钠调节pH至7-8即可。
制备步骤：
（1）取规格10dm2204A铝合金铸件，去毛刺，随后置于清洗槽内清洗除去表面油污及浮尘；
（2）将试件夹装完毕后挂在氧化槽的飞靶上，并将物件置入装有上述电解液的氧化槽的液面以下100mm处，试件接阳极，304不锈钢板做阴极，阴、阳极的间距控制在100mm；
（3）开启制冷系统，确保氧化槽电解液温度保持在25℃；
（4）按2A/dm2设定平均电流；占空比控制在4-7%（前期选用较小的占空比，以利于快速提升起弧电压。起弧后电压不宜升得过快，可选用稍大的占空比）；频率控制在500Hz；氧化终止电压控制在650V；氧化时间20min；
（5）开启微弧氧化电源进行氧化处理；
（6）氧化处理结束后，取出试件并水洗、晾干。
按上述工艺制得的陶瓷氧化膜平均厚度为18μm，呈深灰色；表面形貌组织如图2所示，陶瓷膜结构均匀，且分布有均匀的气孔。

Claims (3)

1.一种适用于铝及铝合金微弧氧化制备陶瓷膜的电解液，包含去离子水、六偏磷酸钠和成膜剂，其中六偏磷酸钠的浓度为50-60g/L，成膜剂的浓度为5-12g/L，所述成膜剂由乙二酸钛胺和草酸钠以10：1的质量比组成；电解液的pH值为7-8。
2.权利要求1所述电解液的制备方法，包括以下步骤：
将六偏磷酸钠以50-60g/L的浓度加入去离子水中搅拌至完全溶解，然后将成膜剂按5-12g/L的浓度加入上述溶液中搅拌均匀，最后加入适量氢氧化钠调节pH值至7-8即可。
3.一种铝及铝合金微弧氧化制备陶瓷膜的方法，包括下述步骤：
步骤（1）：将铝或铝合金物件置入清洗槽内，除去表面油污及浮尘；
步骤（2）：将物件夹装完毕后挂在氧化槽的飞靶上，并将物件置入装有权利要求1所述电解液的氧化槽的液面100mm以下，物件接阳极，304不锈钢板做阴极，阴、阳极的间距控制在100-200mm；
步骤（3）：开启制冷系统，确保氧化槽电解液温度保持在20-30℃；
步骤（4）：设定电参数，其中平均电流1-3A/dm2，占空比3-20%，频率400-1000Hz，电压500-650V，氧化时间则视膜层厚度需要而定；
步骤（5）：开启微弧氧化电源进行氧化处理；
步骤（6）：氧化处理结束后，取出物件并水洗、晾干。
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