CN109183112A - 一种铝合金表面低压微弧氧化陶瓷膜制备方法 - Google Patents

Abstract

一种铝合金表面低压微弧氧化陶瓷膜制备方法，涉及一种铝合金表面处理方法，该方法包括采用电解液为硅酸盐体系，加入Na2SiO3，H3BO3，NaOH配置溶液；表面活性剂分别选择了甘油、二乙基二硫代氨基甲酸钠盐、柠檬酸钠、十二烷基磺酸钠；采用可调交流电源制备2024铝合金板材的微弧氧化陶瓷膜；该方法采用低电压和弱碱性电解液的微弧氧化工艺，实现绿色生产与废水、废气和废渣的零排放；电解液中经过多次使用后，可通过合理的科学再配比，实现循环使用。具有低电压、低能耗、低处理成本、高效率、高环保、可循环利用的特性，对母材表面不产生任何损伤。

Description

一种铝合金表面低压微弧氧化陶瓷膜制备方法

技术领域

本发明涉及一种铝合金表面处理方法，特别是涉及一种铝合金表面低压微弧氧化陶瓷膜制备方法。

背景技术

世界能源资源的使用需求日益扩大，各个国家面对能源资源的短缺，采取各种应对措施，例如节能环保，寻求新能源等，轻金属的使用对于减重降耗有着重大意义，铝、镁等轻金属及其合金使用范围不断扩大。

铝合金具有重量轻、比强度高和导热性好等优良性能，因而使它成为目前使用量仅次于钢铁的第二大类金属材料，铝合金得到越来越广泛的应用，例如航空航天、交通、轻工、机电、建筑材料等领域。然而，铝合金材料硬度低、耐磨性差，常发生磨蚀破损。因此，铝合金在使用前往往需要经过相应的表面处理，以满足在不同环境下的需求。早先在工业上广泛应用的阳极氧化方法，可以在铝表面形成一层氧化膜，增加铝基体的耐磨性。但是铝通过阳极氧化所生产的氧化膜的厚度和硬度并不理想，只是在一些表面功能上可以起到防腐，美化的作用，关键作用突出在形体表面的平整度，但若有表面接触时，常常很容易被磨破。

微弧氧化与传统的阳极氧化不同的是，该技术工艺过程简单，容易控制和操作，处理效率高，形成的陶瓷膜具有耐磨性和耐腐蚀性能，以及较高的显微硬度和绝缘电阻。该技术大幅增加了材料的表面性能，特别适用于在高速和高接触应力环境下作为摩擦部件的使用。此外其采用碱性处理液，对环境没有污染，废液易处理，符合当今发展绿色工业的理念。但是微弧氧化技术在工业生产中并未大规模应用，主要存在以下问题制约其发展，微弧氧化过程中能耗大，成本较高；微弧氧化所使用的电源设备笨重，制备膜层过程中能耗大，不利于其大规模生产应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铝合金表面低压微弧氧化陶瓷膜制备方法，该方法采用低电压和弱碱性电解液的微弧氧化工艺，实现绿色生产与废水、废气和废渣的零排放；电解液中经过多次使用后，可通过合理的科学再配比，实现循环使用。具有低电压、低能耗、低处理成本、高效率、高环保、可循环利用的特性，对母材表面不产生任何损伤。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种铝合金表面低压微弧氧化陶瓷膜制备方法，所述方法包括采用电解液为硅酸盐体系，加入Na₂SiO₃，H₃BO₃，NaOH配置溶液；表面活性剂分别选择了甘油、二乙基二硫代氨基甲酸钠盐、柠檬酸钠、十二烷基磺酸钠；采用可调交流电源制备2024铝合金板材的微弧氧化陶瓷膜；

具体步骤如下：

1）原料采用2024铝合金板材，切割成30毫米×30毫米的正方形试样，在试样边缘打一小孔，用于导线和试样的连接；

2）微弧氧化前试样的预处理过程如下：

用水性砂纸逐级打磨至1500#，抛光，放入超声波震荡清洗仪，分别以去离子水和无水乙醇清洗，并用电吹风吹干；

3）电解液采用硅酸盐体系，加入Na₂SiO₃5-10克/升，H₃BO₃1-3克/升，NaOH 0.5-1克/升配置溶液；在上述电解液液中分别加入甘油、二乙基二硫代氨基甲酸钠盐、柠檬酸钠、十二烷基磺酸钠作为表面活性剂；

4）利用可调交流电源，2024铝合金板材微弧氧化采用恒压方式；恒压模式下，起始电压为0V，终止电压为150伏-200伏，氧化时间5-120分钟，反应中电压逐级增加，最后稳定在预定实验电压，经过微弧氧化处理后，制备出2024铝合金板材的微弧氧化陶瓷膜，再经过清洗吹干后进行性能测试即可。

本发明的优点与效果是：

1、 低电压：本发明采用150-200V低电压，相对于传统微弧氧化工艺的400-700V的高电压，大大降低设备电能、原料和电解液消耗。

2、 高效率：本发明处理时间短，大幅提高了生产效率；

3、 高环保：本发明采用低电压和弱碱性电解液的微弧氧化工艺，实现绿色生产与废水、废气和废渣的零排放。该工艺的电解液中经过多次使用后，可通过合理的科学再配比，实现循环使用。

附图说明

图1 为本发明实例1条件下制备2024铝合金板材的微弧氧化陶瓷膜表面形貌。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

1、原材料统一采用2024铝合金板材，切割成30毫米×30毫米的正方形试样，在试样边缘打一小孔，用于导线和试样的连接。

2、微弧氧化前试样的预处理过程如下：

用水性砂纸逐级打磨至1500#，抛光，放入超声波震荡清洗仪，分别以去离子水和无水乙醇清洗，并用电吹风吹干。

3、电解液采用硅酸盐体系，加入Na₂SiO₃8克/升，H₃BO₃2.5克/升，NaOH 0.75克/升配置溶液。在上述电解液中加入0.1克/升的十二烷基磺酸钠作为表面活性剂。

4、利用自制可调交流电源，2024铝合金板材微弧氧化采用恒流方式进行。恒压模式下，起始电压为0V，终止电压为150伏，氧化时间30分钟，反应中电压逐级增加，最后稳定在预定实验电压。制备出2024铝合金板材的微弧氧化陶瓷膜，再经过清洗吹干后进行上述性能测试。

如图1所示，制备的2024铝合金板材的微弧氧化陶瓷膜表面具有良好的致密度和均匀性。

实施例2

1、原材料统一采用2024铝合金板材，切割成30毫米×30毫米的正方形试样，在试样边缘打一小孔，用于导线和试样的连接。

2、微弧氧化前试样的预处理过程如下：

用水性砂纸逐级打磨至1500#，抛光，放入超声波震荡清洗仪，分别以去离子水和无水乙醇清洗，并用电吹风吹干。

3、电解液采用硅酸盐体系，加入Na₂SiO₃8克/升，H₃BO₃2.5克/升，NaOH 0.75克/升配置溶液。在上述电解液中加入0.1克/升的十二烷基磺酸钠作为表面活性剂。。

4、利用自制可调交流电源，2024铝合金板材微弧氧化采用恒压方式进行。恒压模式下，起始电压为0V，终止电压为180伏，氧化时间30分钟，反应中电压逐级增加，最后稳定在预定实验电压。经过微弧氧化处理后，制备出2024铝合金板材的微弧氧化陶瓷膜。

实施例3

1、原材料统一采用2024铝合金板材，切割成30毫米×30毫米的正方形试样，在试样边缘打一小孔，用于导线和试样的连接。

2、微弧氧化前试样的预处理过程如下：

用水性砂纸逐级打磨至1500#，抛光，放入超声波震荡清洗仪，分别以去离子水和无水乙醇清洗，并用电吹风吹干。

3、电解液采用硅酸盐体系，加入Na₂SiO₃10克/升，H₃BO₃2克/升，NaOH 1克/升配置溶液。在上述溶液中加入0.1克/升的柠檬酸钠作为表面活性剂。

4、利用自制可调交流电源，2024铝合金板材微弧氧化采用恒压方式进行。恒压模式下，起始电压为0V，终止电压为200伏，氧化时间60分钟，反应中电压逐级增加，最后稳定在预定实验电压。经过微弧氧化处理后，制备出2024铝合金板材的微弧氧化陶瓷膜。

Claims (1)

1.一种铝合金表面低压微弧氧化陶瓷膜制备方法，其特征在于，所述方法包括采用电解液为硅酸盐体系，加入Na₂SiO₃，H₃BO₃，NaOH配置溶液；表面活性剂分别选择了甘油、二乙基二硫代氨基甲酸钠盐、柠檬酸钠、十二烷基磺酸钠；采用可调交流电源制备2024铝合金板材的微弧氧化陶瓷膜；

具体步骤如下：

1）原料采用2024铝合金板材，切割成30毫米×30毫米的正方形试样，在试样边缘打一小孔，用于导线和试样的连接；

2）微弧氧化前试样的预处理过程如下：

用水性砂纸逐级打磨至1500#，抛光，放入超声波震荡清洗仪，分别以去离子水和无水乙醇清洗，并用电吹风吹干；

3）电解液采用硅酸盐体系，加入Na₂SiO₃5-10克/升，H₃BO₃1-3克/升，NaOH 0.5-1克/升配置溶液；在上述电解液液中分别加入甘油、二乙基二硫代氨基甲酸钠盐、柠檬酸钠、十二烷基磺酸钠作为表面活性剂；

4）利用可调交流电源，2024铝合金板材微弧氧化采用恒压方式；恒压模式下，起始电压为0V，终止电压为150伏-200伏，氧化时间5-120分钟，反应中电压逐级增加，最后稳定在预定实验电压，经过微弧氧化处理后，制备出2024铝合金板材的微弧氧化陶瓷膜，再经过清洗吹干后进行性能测试即可。