CN106995931A - 铝合金微弧氧化复合陶瓷层的制备方法 - Google Patents

铝合金微弧氧化复合陶瓷层的制备方法 Download PDF

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马春生
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Abstract

本发明公开了一种铝合金微弧氧化复合陶瓷层的制备方法，包括以下步骤：对铝合金基体进行预处理：打磨铝合金基体，去除表面氧化层并进行抛光，去除铝合金基体表面的油脂，进行超声清洗，然后进行干燥；将SiC纳米颗粒和聚乙二醇加入到蒸馏水中，进行超声震荡，分散SiC纳米颗粒，制成SiC分散液；在电解液的配制过程中加入SiC分散液，使SiC在电解液中的浓度达到2g/L，所述电解液的溶剂为蒸馏水；采用步骤c得到的电解液对铝合金基体进行微弧氧化，所述铝合金基体作为阳极。本发明通过向电解液中添加SiC纳米颗粒的方法尝试将功能性颗粒烧结在陶瓷层中，使陶瓷层的各方面性能明显提高，使其更加致密，在摩擦磨损的过程中拥有较小的摩擦系数。

Description

铝合金微弧氧化复合陶瓷层的制备方法
技术领域
本发明涉及铝合金表面处理技术领域，具体涉及一种铝合金微弧氧化复合陶瓷层的制备方法。
背景技术
微弧氧化技术可以在铝合金表面原位生长一层陶瓷层，制备的陶瓷层在硬度、耐磨性、耐热性、耐蚀性、绝缘性等方面具有极佳的强化效果。然而微弧氧化陶瓷层表面的火山口微观形貌降低了陶瓷层的致密性、耐磨、耐腐蚀性能，摩擦系数稳定性也不是很好。
发明内容
本发明针对以上问题的提出，而研究设计一种铝合金微弧氧化复合陶瓷层的制备方法。本发明采用的技术手段如下：
一种铝合金微弧氧化复合陶瓷层的制备方法，包括以下步骤：
a.对铝合金基体进行预处理：打磨铝合金基体，去除表面氧化层并进行抛光，去除铝合金基体表面的油脂，依次使用无水乙醇和去离子水进行超声清洗，然后进行干燥；
b.将SiC纳米颗粒和聚乙二醇加入到蒸馏水中，进行超声震荡，分散SiC纳米颗粒，制成SiC分散液；
c.在电解液的配制过程中加入SiC分散液，使SiC在电解液中的浓度达到2g/L，所述电解液的溶剂为蒸馏水，电解液的其他组分包括硅酸钠8g/L、钨酸钠5g/L、氢氧化钾2g/L以及乙二胺四乙酸钠2.5g/L；
d.采用步骤c得到的电解液对铝合金试样进行微弧氧化，微弧氧化的电参数为：正向电压420V，负向电压120V，正向占空比20％，负向占空比20％，正负脉冲比1:1，所述铝合金基体作为阳极。
进一步地，步骤a中，采用石油醚去除铝合金基体表面的油脂。
进一步地，步骤b中，SiC纳米颗粒和聚乙二醇的质量比为1:1，超声震荡的时间为30分钟。
进一步地，步骤d中微弧氧化的时间为1小时，微弧氧化的温度为30-35℃。
与现有技术比较，本发明所述的铝合金微弧氧化复合陶瓷层的制备方法通过向电解液中添加SiC纳米颗粒的方法尝试将功能性颗粒烧结在陶瓷层中，使陶瓷层的各方面性能明显提高。由于SiC的硬度很大，具有优良的导热性能，并且高温时能抗氧化，选择SiC作为功能性颗粒，添加到电解液中来强化微弧氧化陶瓷层的性能，使其更加致密，在摩擦磨损的过程中拥有较小的摩擦系数。
附图说明
图1是传统微弧氧化陶瓷层的能谱图。
图2是本发明实施例所述的Al2O3/SiC复合微弧氧化陶瓷层的能谱图。
图3是传统微弧氧化陶瓷层的截面形貌图。
图4是本发明实施例所述的Al2O3/SiC复合微弧氧化陶瓷层的截面形貌图。
图5是传统微弧氧化陶瓷层的表面形貌图。
图6是本发明实施例所述的Al2O3/SiC复合微弧氧化陶瓷层的表面形貌图。
图7是传统微弧氧化陶瓷层和本发明实施例所述的Al2O3/SiC复合微弧氧化陶瓷层的硬度对比图。
图8是传统微弧氧化陶瓷层和本发明实施例所述的Al2O3/SiC复合微弧氧化陶瓷层的摩擦系数随摩擦磨损时间变化的曲线图。
具体实施方式
一种铝合金微弧氧化复合陶瓷层的制备方法，包括以下步骤：
a.对铝合金基体进行预处理：依次使用200#，500#，1000#砂纸打磨铝合金基体至表面清洁光亮，去除表面氧化层并进行抛光，采用石油醚去除铝合金基体表面的油脂，依次使用无水乙醇和去离子水进行超声清洗，吹干之后放入干燥皿中待用，本实施例的铝合金基体为ZL109铝合金板，加工成40mm*10mm*10mm的长方体试样；
b.将SiC纳米颗粒和聚乙二醇加入到蒸馏水中，进行超声震荡，分散SiC纳米颗粒，制成SiC分散液，聚乙二醇作为分散剂和修饰剂，防止SiC纳米颗粒在电解液中发生团聚，保证SiC纳米颗粒的粒径在合理范围内；
c.在电解液的配制过程中加入SiC分散液，使SiC在电解液中的浓度达到2g/L，所述电解液的溶剂为蒸馏水，电解液的其他组分包括硅酸钠8g/L、钨酸钠5g/L、氢氧化钾2g/L以及乙二胺四乙酸钠2.5g/L；
d.采用步骤c得到的电解液对铝合金基体在恒压模式下进行微弧氧化，得到Al2O3/SiC复合微弧氧化陶瓷层，微弧氧化的电参数为：正向电压420V，负向电压120V，正向占空比20％，负向占空比20％，正负脉冲比1:1，所述铝合金基体作为阳极。微弧氧化的时间为1小时，微弧氧化的温度为30-35℃。
如图1和图2所示，从EDS的结果可以看出，无论是否添加SiC颗粒，陶瓷层中都是由C、O、Al、Si四种元素组成，但是电解液中添加了SiC的陶瓷层Si和C的含量要明显高于没有添加的陶瓷层。这说明SiC的添加使陶瓷层中的Si和C有所增加。如图3所示，传统微弧氧化陶瓷层呈现典型的微弧氧化截面特征，分为致密层和疏松层，并且致密层和疏松层的分界面清晰，相比之下，本实施例制得的Al2O3/SiC复合微弧氧化陶瓷层膜层则整体性较好，如图4所示，这是颗粒进入膜层的结果，使得疏松层变得相对致密。如图5所示，传统微弧氧化陶瓷层表面呈现不规则且多孔的“火山口”形貌，孔径大小不均。如图6所示，本实施例制得的Al2O3/SiC复合微弧氧化陶瓷层和传统微弧氧化陶瓷层相比微孔的直径和数量明显减少,其外型由喷射的圆饼状变为有收敛趋势的球状，且表面更加致密。如图7所示，本实施例制得的Al2O3/SiC复合微弧氧化陶瓷层硬度明显高于传统微弧氧化陶瓷层大约200HV。如图8所示，传统微弧氧化陶瓷层摩擦系数随滑动时间增大而增大(曲线1)，滑动时间从0到500s时，摩擦系数迅速增加到0.46，当时间超过900s后，摩擦系数稳定在0.45左右。Al2O3/SiC复合微弧氧化陶瓷层的摩擦系数随时间增加的速度小于未添加SiC的微弧氧化陶瓷层(曲线2)，在800s滑动后其摩擦系数为0.37，最终摩擦系数稳定在0.36左右。即本发明的Al2O3/SiC复合微弧氧化陶瓷层具有更低的摩擦系数，摩擦学性能更优。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种铝合金微弧氧化复合陶瓷层的制备方法，包括以下步骤：
a.对铝合金基体进行预处理：打磨铝合金基体，去除表面氧化层并进行抛光，去除铝合金基体表面的油脂，依次使用无水乙醇和去离子水进行超声清洗，然后进行干燥；
b.将SiC纳米颗粒和聚乙二醇加入到蒸馏水中，进行超声震荡，分散SiC纳米颗粒，制成SiC分散液；
c.在电解液的配制过程中加入SiC分散液，使SiC在电解液中的浓度达到2g/L，所述电解液的溶剂为蒸馏水，电解液的其他组分包括硅酸钠8g/L、钨酸钠5g/L、氢氧化钾2g/L以及乙二胺四乙酸钠2.5g/L；
d.采用步骤c得到的电解液对铝合金基体进行微弧氧化，微弧氧化的电参数为：正向电压420V，负向电压120V，正向占空比20％，负向占空比20％，正负脉冲比1:1，所述铝合金基体作为阳极。
2.根据权利要求1所述的铝合金微弧氧化复合陶瓷层的制备方法，其特征在于：步骤a中，采用石油醚去除铝合金基体表面的油脂。
3.根据权利要求1所述的铝合金微弧氧化复合陶瓷层的制备方法，其特征在于：步骤b中，SiC纳米颗粒和聚乙二醇的质量比为1:1，超声震荡的时间为30分钟。
4.根据权利要求1所述的铝合金微弧氧化复合陶瓷层的制备方法，其特征在于：步骤d中微弧氧化的时间为1小时，微弧氧化的温度为30-35℃。
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