CN105624758A - 一种铸铝合金微弧氧化陶瓷膜层及其制备方法 - Google Patents

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本发明提供了一种铸铝合金微弧氧化陶瓷膜层及其制备方法，所采用的槽液为Na2SiO3·9H2O、Na2MnO4·2H2O、NaF、NaOH和Bi2O3的水溶液。本发明所采用的槽液更容易在硅元素含量高的铸铝合金表面成膜，并能促成铸铝合金表面均匀成膜，使所形成的陶瓷膜层表面光滑，粗糙度较小，此外，槽液中所添加的Bi2O3还可以起到自润滑作用，提高微弧氧化陶瓷膜层的耐磨性能。

Description

一种铸铝合金微弧氧化陶瓷膜层及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种微弧氧化陶瓷膜层，尤其涉及一种铸铝合金微弧氧化陶瓷膜层，本发明还公开了该陶瓷膜层的制备方法。
背景技术
铸铝合金因其铸造性好、密度小、比强度高、耐蚀性好等特性，在高铁接触零部件上的应用越来越广泛。但是其表面硬度低，耐磨性差，在很大程度上影响着其使用性能。而陶瓷材料以其优异的耐磨性、高硬度等特点受到广泛的关注。微弧氧化技术就能结合者两种材料的优点。微弧氧化是在阳极氧化的基础上发展而来的，是通过弧光放电的瞬时高温高压作用在铝合金及其他一些阀金属表面原位生长出一层具有保护作用的陶瓷氧化膜。这层膜能在保证基体使用性能的前提下能极大的改善铝合金的耐磨损、耐腐蚀及绝缘性能，因而在铝合金的表面处理上有着广阔的前景。但是传统的微弧氧化电解液制备的陶瓷膜层表面质量较差，表面粗糙，从而降低了表面陶瓷层的耐磨性。此外，由于铸铝合金硅元素含量高，所以更难在其表面成膜。
为了解决上述问题，本发明提供了一种新的槽液配方，能够使铸铝合金表面更容易成膜，所加入的氧化铋是一种固态润滑剂，可以降低膜层表面的摩擦系数，提高耐磨性能。
发明内容
为解决铸铝合金材料微弧氧化技术中所存在的上述不足，本发明提供了一种用于铸铝合金表面微弧氧化制备耐磨陶瓷膜层的槽液，以及利用该槽液处理铸铝合金表面获得陶瓷膜层的方法。
为达到发明目的，本发明所采用的技术方案是：
配制槽液，并对槽液超声振荡10-30min，再磁力搅拌10-20min，然后加入到微弧氧化电解槽中，在制备过程中用搅拌器对槽液进行搅拌，使槽液分布更加均匀。
所述槽液为Na2SiO3?9H2O、Na2MnO4?2H2O、NaF、NaOH和Bi2O3的水溶液，槽液组成如下：
Na2SiO3?9H2O5-15g/L
Na2MnO4?2H2O3-8g/L
NaF3-8g/L
NaOH3-8g/L
Bi2O31-10g/L
溶剂为去离子水。
优选的，槽液组成如下：
Na2SiO3?9H2O10g/L
Na2MnO4?2H2O5g/L
NaF5g/L
NaOH5g/L
Bi2O37g/L
溶剂为去离子水。
本发明还涉及利用前述槽液对铸铝合金进行表面处理的方法，所述方法包括：采用直流脉冲微弧氧化装置对铸铝合金表面进行微弧氧化，将铸铝合金作阳极浸在槽液中，带冷却系统的不锈钢容器作为阴极，控制电流密度为35A/dm2，不断搅拌下恒流微弧氧化时间为25min，得到表面包覆耐磨陶瓷膜层的铸铝合金。
优选的，所述方法如下：槽液组成为：Na2SiO3?9H2O10g/L，Na2MnO4?2H2O5g/L，NaF5g/L，NaOH5g/L，Bi2O37g/L，溶剂为去离子水；采用直流脉冲微弧氧化装置对铸铝合金表面进行微弧氧化，将铸铝合金作阳极浸在槽液中，带冷却系统的不锈钢容器作为阴极，控制电流密度为35A/dm2，不断搅拌下恒流微弧氧化时间为25min，得到表面包覆陶瓷膜层的铸铝合金。
本发明的有益效果为：（1）本发明所采用的槽液更容易在硅元素含量高的铸铝合金表面成膜；（2）本发明所采用的槽液能够促成铸铝合金表面均匀成膜，使所形成的陶瓷膜层表面光滑，粗糙度较小；（3）本发明槽液中所添加的Bi2O3可以起到自润滑作用，提高微弧氧化陶瓷膜层的耐磨性能。
具体实施方式
下面结合具体方式对本发明进行进一步描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
实施例1：
原料配制：15g/L的Na2SiO3?9H2O、3g/L的Na2MnO4?2H2O、3g/L的NaF、8g/L的NaOH、1g/L的Bi2O3，溶剂为去离子水，试样为50mm×20mm×3mm的ZL101A铸铝合金，经#800、#1000、#1500砂纸逐级打磨光滑，用去离子水清洗并干燥。
材料制备：按上述组成，将Na2SiO3?9H2O、Na2MnO4?2H2O、NaF、NaOH和Bi2O3加入去离子水中配成槽液，对槽液超声振荡10min，再磁力搅拌20min，然后加入到微弧氧化电解槽中，并对其进行搅拌。
采用20kW直流脉冲微弧氧化装置对铸铝合金表面进行微弧氧化，试样作阳极浸在槽液中，带冷却系统的不锈钢容器作为阴极，控制电流密度为35A/dm2，不断搅拌下恒流微弧氧化时间为25min，得到表面包覆耐磨陶瓷膜层的铸铝合金。
实施例2：
原料配制：5g/L的Na2SiO3?9H2O、8g/L的Na2MnO4?2H2O、8g/L的NaF、3g/L的NaOH、3g/L的Bi2O3，溶剂为去离子水，试样为50mm×20mm×3mm的ZL101A铸铝合金，经#800、#1000、#1500砂纸逐级打磨光滑，用去离子水清洗并干燥。
材料制备：按上述组成，将Na2SiO3?9H2O、Na2MnO4?2H2O、NaF、NaOH和Bi2O3加入去离子水中配成槽液，对槽液超声振荡15min，再磁力搅拌15min，然后加入到微弧氧化电解槽中，并对其进行搅拌。
采用20kW直流脉冲微弧氧化装置对铸铝合金表面进行微弧氧化，试样作阳极浸在槽液中，带冷却系统的不锈钢容器作为阴极，控制电流密度为35A/dm2，不断搅拌下恒流微弧氧化时间为25min，得到表面包覆耐磨陶瓷膜层的铸铝合金。
实施例3：
原料配制：10g/L的Na2SiO3?9H2O、5g/L的Na2MnO4?2H2O、7g/L的NaF、6g/L的NaOH、5g/L的Bi2O3，溶剂为去离子水，试样为50mm×20mm×3mm的ZL101A铸铝合金，经#800、#1000、#1500砂纸逐级打磨光滑，用去离子水清洗并干燥。
材料制备：按上述组成，将Na2SiO3?9H2O、Na2MnO4?2H2O、NaF、NaOH和Bi2O3加入去离子水中配成槽液，对槽液超声振荡20min，再磁力搅拌10min，然后加入到微弧氧化电解槽中，并对其进行搅拌。
采用20kW直流脉冲微弧氧化装置对铸铝合金表面进行微弧氧化，试样作阳极浸在槽液中，带冷却系统的不锈钢容器作为阴极，控制电流密度为35A/dm2，不断搅拌下恒流微弧氧化时间为25min，得到表面包覆耐磨陶瓷膜层的铸铝合金。
实施例4：
原料配制：10g/L的Na2SiO3?9H2O、8g/L的Na2MnO4?2H2O、4g/L的NaF、5g/L的NaOH、10g/L的Bi2O3，溶剂为去离子水，试样为50mm×20mm×3mm的ZL101A铸铝合金，经#800、#1000、#1500砂纸逐级打磨光滑，用去离子水清洗并干燥。
材料制备：按上述组成，将Na2SiO3?9H2O、Na2MnO4?2H2O、NaF、NaOH和Bi2O3加入去离子水中配成槽液，对槽液超声振荡30min，再磁力搅拌10min，然后加入到微弧氧化电解槽中，并对其进行搅拌。
采用20kW直流脉冲微弧氧化装置对铸铝合金表面进行微弧氧化，试样作阳极浸在槽液中，带冷却系统的不锈钢容器作为阴极，控制电流密度为35A/dm2，不断搅拌下恒流微弧氧化时间为25min，得到表面包覆耐磨陶瓷膜层的铸铝合金。
表1不同Bi2O3浓度制备的膜层的摩擦磨损量
Bi2O3浓度（g/L） 磨损前质量(g) 磨损后质量(g) 质量损失量(mg)
0 3.28734 3.28173 5.61
1 4.01866 4.01623 2.34
3 4.94505 4.94302 2.03
5 2.50295 2.50124 1.71
7 2.06880 2.06720 1.60
表1为采用HT-600型高温摩擦磨损试验机对所制备试样进行摩擦磨损试验的结果，可以看出，添加Bi2O3后，陶瓷膜层的质量损失大幅度降低，说明Bi2O3的添加提高了陶瓷膜层的耐磨性。
图1不同Bi2O3浓度制备的陶瓷膜层的摩擦系数
从上述试验结果来看，不论是耐磨损性能，还是摩擦系数，添加Bi2O3较未添加之前都有明显的改善。

Claims (6)

1.一种铸铝合金微弧氧化陶瓷膜层及其制备方法，其特征在于所采用的槽液为Na2SiO3?9H2O、Na2MnO4?2H2O、NaF、NaOH和Bi2O3的水溶液。
2.根据权利要求1所述的槽液，其特征在于使用前先对槽液超声振荡10-30min，再磁力搅拌10-20min。
3.根据权利要求1所述的槽液，其特征在于所述槽液组成如下：
Na2SiO3?9H2O5-15g/L
Na2MnO4?2H2O3-8g/L
NaF3-8g/L
NaOH3-8g/L
Bi2O31-10g/L
溶剂为去离子水。
4.根据权利要求3所述的槽液，其特征在于所述槽液组成如下：
Na2SiO3?9H2O10g/L
Na2MnO4?2H2O5g/L
NaF5g/L
NaOH5g/L
Bi2O37g/L
溶剂为去离子水。
5.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的槽液，对铸铝合金进行表面处理的方法，所述方法包括：采用直流脉冲微弧氧化装置对铸铝合金表面进行微弧氧化，将铸铝合金作阳极浸在电解液中，带冷却系统的不锈钢容器作为阴极，控制电流密度为35A/dm2，不断搅拌下恒流微弧氧化时间为25min，得到表面包覆陶瓷膜层的铸铝合金。
6.根据权利要求4所述的槽液，对铸铝合金进行表面处理的方法，所述方法如下：槽液组成为：Na2SiO3?9H2O10g/L，Na2MnO4?2H2O5g/L，NaF5g/L，NaOH5g/L，Bi2O37g/L，溶剂为去离子水；采用直流脉冲微弧氧化装置对铸铝合金表面进行微弧氧化，将铸铝合金作阳极浸在电解液中，带冷却系统的不锈钢容器作为阴极，控制电流密度为35A/dm2，不断搅拌下恒流微弧氧化时间为25min，得到表面包覆陶瓷膜层的铸铝合金。
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