CN112981486A - 一种低电压自修复铝合金微弧氧化膜制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铝合金表面处理技术，适用于在铝合金表面低电压制备自修复微弧氧化陶瓷层。电解液采用磷酸盐‑硅酸盐体系，加入缓蚀剂，分散剂，添加剂；缓蚀剂包括纳米蛇纹石颗粒；分散剂包括PEG20000;添加剂包括乙二胺四乙酸EDTA，氟化钠NaF，甘油。采用微弧氧化脉冲电源，电流1‑500A连续可调，电压0‑700V连续可调，频率为50‑1000Hz连续可调，占空比为10%‑30%连续可调。该方法操作简单，原料价格低，在低能耗的前提下在铝合金表面生成自修复微弧氧化陶瓷层，改善微弧氧化后表面缺陷，提高使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝合金表面处理方法，适用于在铝合金表面制备微弧氧化陶瓷膜。
背景技术
铝合金是一种优秀的有色金属材料，具有比强度高，可加工性好，导热导电性好，耐腐蚀性能优良等优点。但是铝合金材料的耐磨性较差，热稳定性不高，不能通过热处理来提高其性能，因此铝合金的表面处理技术是一个重要的方向。微弧氧化技术最初由德国科学家发明，上个世纪90年代我国开始接触，经过多年的发展，已经得到一系列的成果。微弧氧化具有操作简单，所制备的膜层耐蚀性高，结合力好等优点，具有优良的发展前景。
但是受制于微弧氧化的原理，在微弧氧化陶瓷层表面会有因高放电-熔融-凝固产生的“火山口”形孔洞，这些孔洞会影响其耐蚀耐磨性。而且传统的微弧氧化需要在高电压的条件下进行，起弧电压在270V左右，终止电压在500V以上，极大损耗电能，与节能环保的发展趋势不符，因此降低微弧氧化的电压十分必要。
发明内容
本发明在制备微弧氧化膜层时，通过在电解质溶液中加入添加剂，使反应能够在较低的电压下进行，并且溶胶-凝胶法与缓蚀剂相结合，制备出自修复型微弧氧化膜，在两者协同作用下，降低了电能源消耗，降低生产成本，并且增加微弧氧化膜层耐腐蚀性能，延长使用寿命，具有良好使用价值，在生产中均为中性污水，污水处理简单，对环境无危害，真正做到绿色可持续发展。
本发明的技术方案是：
一种低电压自修复铝合金微弧氧化方法，电解液采用硅酸盐体系，加入缓蚀剂，分散剂，添加剂，使用微弧氧化脉冲电源，在低压条件下进行微弧氧化。2024铝合金试样作为阳极连接电源正极，不锈钢板作为阴极连接电源负极。将电极完全浸入电解液中，使用低温恒温槽将温度控制在30℃，使用磁力搅拌控制电解液温度均匀。
所述的硅酸盐体系电解液，由九水硅酸钠，氢氧化钾，甘油，去离子水配制而成，浓度为：
九水硅酸钠：5-10g·L-1
氢氧化钾：1-5g·L-1
所述的缓蚀剂，为纳米蛇纹石颗粒，浓度为5-10g·L-1
所述的分散剂，为聚乙二醇，浓度为1-2g·L-1
所述的添加剂，为乙二胺四乙酸，氟化钠，甘油中的一种或混合物，浓度为2-10g·L-1
所述微弧氧化脉冲电源，采用恒压模式，电压180-200V连续可调；频率50-1000Hz，占空比为10%-30%。
具体步骤如下：
1、试样采用2024铝合金板材，切割成25mm×20mm×2mm矩形，在试样边缘打孔，用于连接导线；
2、使用砂纸打磨试样表面，打磨至1200#，放入超声波清洗仪，使用无水乙醇清洗，吹干备用；
3、电解液采用硅酸盐体系，九水硅酸钠5-15g·L-1,氢氧化钾1-5g·L-1；缓蚀剂5-10g·L-1，分散剂1-2g·L-1；添加剂2-10g·L-1；
4、使用微弧氧化用脉冲电源，采用恒压模式，电压逐级增加，最后增加到200V，氧化时间10min，反应结束后分别使用去离子水与无水乙醇清洗，吹干，进行性能测试。
本发明的优点：
1、本发明降低微弧氧化所需电压，从传统起弧电压270V降为200V，降低能耗，减少生产成本，实现绿色环保低能耗生产；
2、本发明对微弧氧化陶瓷膜的孔洞进行封闭，并在磨损后起到自修复效果，提高产品性能；
3、本发明在生产中所产生均为中性污水，污水处理简单，对环境无危害，真正做到绿色可持续发展。
具体实施方式
实施例1
1、试样采用2024铝合金板材，切割成25mm×20mm×2mm矩形，在试样边缘打孔，用于连接导线；
2、使用砂纸打磨试样表面，打磨至1500#，放入超声波清洗仪，使用无水乙醇清洗，吹干备用；
3、电解液采用硅酸盐体系，九水硅酸钠15g·L-1,氢氧化钾5g·L-1；缓蚀剂纳米蛇纹石颗粒6g·L-1，分散剂聚乙二醇1g·L-1；添加剂氟化钾10g·L-1，甘油1ml·L-1；
4、使用微弧氧化用脉冲电源，采用恒压模式，电压逐级增加，最后增加到200V，氧化时间10min，反应结束后分别使用去离子水与无水乙醇清洗，吹干。
实施例2
1、试样采用2024铝合金板材，切割成25mm×20mm×2mm矩形，在试样边缘打孔，用于连接导线；
2、使用砂纸打磨试样表面，打磨至1500#，放入超声波清洗仪，使用无水乙醇清洗，吹干备用；
3、电解液采用硅酸盐体系，九水硅酸钠5g·L-1,氢氧化钾1g·L-1；缓蚀剂纳米蛇纹石颗粒8g·L-1，分散剂聚乙二醇 1g·L-1；添加剂氟化钾10g·L-1，甘油1ml·L-1；
4、使用微弧氧化用脉冲电源，采用恒压模式，电压逐级增加，最后增加到200V，氧化时间10min，反应结束后分别使用去离子水与无水乙醇清洗，吹干。
实施例3
1、试样采用2024铝合金板材，切割成25mm×20mm×2mm矩形，在试样边缘打孔，用于连接导线；
2、使用砂纸打磨试样表面，打磨至1500#，放入超声波清洗仪，使用无水乙醇清洗，吹干备用；
3、电解液采用硅酸盐体系，九水硅酸钠10g·L-1,氢氧化钾1g·L-1；缓蚀剂纳米蛇纹石颗粒10g·L-1，分散剂聚乙二醇1g·L-1；添加剂氟化钾10g·L-1，甘油1ml·L-1；
4、使用微弧氧化用脉冲电源，采用恒压模式，电压逐级增加，最后增加到200V，氧化时间10min，反应结束后分别使用去离子水与无水乙醇清洗，吹干。
Claims (3)
1.一种低电压自修复铝合金微弧氧化方法，其特征在于，所述方法电解液采用硅酸盐体系，加入缓蚀剂，分散剂，添加剂，使用微弧氧化脉冲电源，在低压条件下进行微弧氧化。
2.如权利要求1所述的低电压自修复铝合金微弧氧化方法，其特征在于，所述的硅酸盐体系电解液，由九水硅酸钠Na2SiO3·9H2O，氢氧化钾KOH，去离子水配制而成，浓度为：九水硅酸钠：5-10g·L-1，氢氧化钾：1-5g·L-1；所述的缓蚀剂，为纳米蛇纹石颗粒，浓度为5-10g·L-1；所述的分散剂，为聚乙二醇PEG20000，浓度为1-2g·L-1；
所述的添加剂，为乙二胺四乙酸EDTA，氟化钠NaF，甘油中的一种或混合物，浓度为2-10g·L-1。
3.如权利要求1所述的低电压自修复铝合金微弧氧化方法，其特征在于，所述微弧氧化脉冲电源，电流1-500A连续可调，电压0-700V连续可调，频率为50-1000Hz连续可调，占空比为10%-30%连续可调。
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