CN115612971B - 一种铝合金材料的表面处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝合金材料的表面处理方法，包括如下步骤：对铝合金材料进行表面洗涤处理，去除表面油脂与杂质，得到表面洁净的铝合金材料；将表面洁净的铝合金材料进行表面粗糙化处理，得到表面粗糙的铝合金材料；将表面粗糙化的铝合金材料进行预渗氮处理，得到预处理铝合金材料；将预渗氮的铝合金材料进行离子渗氮处理，得到渗氮铝合金材料；将渗氮铝合金材料进行抛光处理，然后表面镀膜并纳米化处理，得到耐磨渗氮铝合金材料。本发明解决了现有铝合金材料的表面缺陷，利用二次渗氮处理形成稳定且深入的铝合金氮化层，配合硅氧体系的表面包裹性，提高了铝合金材料的耐磨性与机械性，增加了铝合金的实用性。
Description
技术领域
本发明属于铝合金技术领域，具体涉及一种铝合金材料的表面处理方法。
背景技术
铝及铝合金材料由于其比重小、比强度高、延展性优良、导电性好、易成型加工以及优异的物理、化学性能，在电子、电力、航空、化工、建材、交通等许多工业部门及日常生活中，得到广泛的应用，成为目前工业中使用量仅次于钢铁的第二大类金属材料。但铝的化学性质较活泼，标准电极电位低，在空气中铝的表面自发形成氧化膜，这层非晶态氧化膜结构疏松、薄而多孔、耐磨耐蚀性差，且机械强度也很低；因此，对铝合金进行表面处理以提高其性能，是铝合金的研究重点之一。
目前的铝合金的表面处理方法以离子渗氮、离子注入、物理气相沉积、微弧氧化以及激光表面处理等方法为主；但是现有的方法出于环境污染，处理温度过高，设备要求高等因素，在工业生产中受限严重，难以满足目前的市场需求。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供一种铝合金材料的表面处理方法，解决了现有铝合金材料的表面缺陷，利用二次渗氮处理形成稳定且深入的铝合金氮化层，配合硅氧体系的表面包裹性，提高了铝合金材料的耐磨性与机械性，增加了铝合金的实用性。
为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：
一种铝合金材料的表面处理方法，包括如下步骤：
步骤1，对铝合金材料进行表面洗涤处理，去除表面油脂与杂质，得到表面洁净的铝合金材料；所述表面洗涤处理包括如下步骤：a1，将铝合金材料放入蒸馏水中恒温浸泡20-30min，并低温超声处理20-30min，去除后烘干；所述恒温浸泡的温度为20-30℃，低温超声处理的温度为5-10℃，超声频率为40-70kHz，烘干在氮气氛围下进行，且温度为100-110℃，该步骤利用恒温浸泡的方式形成热洗涤效果，将表面浮尘去除，并在超声低温超声的过程中将渗透的浮尘也去除，确保铝合金表面的完全洁净，即，表面无浮尘等杂质；a2，将氢氧化钠稀溶液喷雾至铝合金表面并恒温静置10-20min，然后采用蒸馏水冲洗至中性，烘干得到表面洁净的铝合金材料，所述氢氧化钠稀溶液的pH为8-9，所述喷雾的量为3-7mL/cm2，恒温静置的温度为70-90℃，所述烘干在氮气氛围下，且温度为110-120℃；该步骤利用氢氧化钠稀溶液作为油脂处理剂，并配合喷雾处理的特点形成原位处理去除油脂，形成表面的洁净效果，且基于氢氧化钠对氧化铝具有腐蚀性，能够将铝合金表面的致密氧化铝薄膜形成腐蚀性破坏，减少氧化铝薄膜的耐磨性；该表面洗涤处理步骤中，在蒸馏水恒温清洗与超声清洗过程中，温度的上升能够促使铝合金表面温度上升，略微打开分子间的间隙，达到释放粉尘杂质的目的，同时低温超声能够利用高频震动将镶嵌的杂质去除，且低温收缩的方式能够将孔隙细化，提升表面的洁净度，然而，恒温清洗和超声虽然将少量油脂去除，但是大部分油脂基于自身的粘附性，依然牢固的粘附在铝合金材料表面，随着氢氧化钠稀溶液的进入，油脂与氢氧化钠形成反应，达到剥离的效果，同时液膜自身的溶剂为水，静置过程中液膜内的氢氧化钠能够形成局部的传递，达到完全去除油脂的效果；铝合金表面产生的致密氧化铝薄膜也会被少量的氢氧化钠腐蚀，达到薄膜破损的效果；
步骤2，将表面洁净的铝合金材料进行表面粗糙化处理，得到表面粗糙的铝合金材料；所述粗糙化处理的方法包括如下步骤：b1，将表面洁净的铝合金材料放入有机溶液中超声处理20-30min，取出烘干得到预制铝合金材料，所述有机溶剂为乙醇与丙酮的混合溶剂，且乙醇和丙酮的体积比为2-4:1，超声处理的温度为5-10℃，超声频率为50-80kHz，所述烘干的温度为90-100℃；乙醇与丙酮对油脂具有良好的溶解度，能够有效的清除表面残留的油脂，且基于氢氧化钠溶液的油脂去除方法属于原位去除法，针对油脂厚度过大的情况下，会存在一定的油脂残留，因此，采用乙醇-丙酮的混合有机溶剂时，残留的油脂被快速去除，且溶剂化的处理方式确保了铝合金表面的裸露性与洁净性，b2，采用钢丝刷刷洗铝合金材料，然后采用酒精清洗干净，得到表面凹凸的铝合金材料；该步骤利用钢丝刷对铝合金表面形成刷洗效果，能够有效的破坏表面的铝合金表层，同时基于表面油脂的完全去除，表面致密的氧化铝层得到充分破坏；采用酒精清洗的方式将刷洗产生的颗粒完全冲洗干净；b3，将盐酸喷雾至表面凹凸的铝合金材料，然后静置0.5-1h后冲洗干净，得到表面微腐蚀的铝合金材料，所述盐酸的pH为5-6，且喷雾的量为5-8mL/cm2，静置的温度为40-60℃，该步骤利用喷雾的方式将盐酸液膜均匀分布在铝合金表面，并填满凹凸结构，形成表面的腐蚀效果，并且在表面形成介孔结构；b4，将表面微腐蚀的铝合金材料放入乙醇-丙酮溶液中超声处理20-30min，经烘干后得到粗糙化的铝合金材料，所述乙醇-丙酮溶液的乙醇和丙酮的体积比为2-4:1，超声处理的频率为50-70kHz，温度为10-20℃；烘干的温度为90-100℃，且烘干在氮气氛围下进行；该步骤利用乙醇-丙酮溶液作为溶解剂，将铝合金材料内残留的氯化氢分子重新溶解，达到去除的效果，同时，乙醇-丙酮溶液使用完成后可以用于b1中。该步骤能够利用乙醇丙酮去除表面残留油脂，确保铝合金材料的表面裸露，配合钢丝刷和盐酸相结合的方式达到机械破坏和化学腐蚀，达到表面粗糙化结构，且该处理方式得到铝合金材料表面的粗糙结构均匀，比表面大；
步骤3，将表面粗糙化的铝合金材料进行预渗氮处理，得到预处理铝合金材料；所述预渗氮处理的方法包括如下步骤：c1，将氯化钠加入至乙醇中搅拌均匀形成胶体，然后将氯化铵和碳酸铵加入，并低温搅拌得到混合胶体；所述氯化钠与乙醇的质量比为3:4-6，搅拌速度为500-1000r/min，所述氯化铵为纳米级氯化铵，粒径为20-50nm，且氯化铵的加入量是氯化钠质量的200-400％，所述碳酸铵为纳米级碳酸铵，粒径为30-60nm，且碳酸铵的加入量是氯化铵质量的150-200％，所述低温搅拌的温度为10-20％；该步骤利用氯化钠与乙醇相结合的方式，形成氯化钠细小颗粒，呈胶体状态，同时将纳米级氯化铵和碳酸铵加入时，经过低温搅拌能够转化为混合胶体结构，在该胶体结构中，氯化钠为间隔剂将碳酸铵和氯化铵形成混合，达到均质化；c2，将混合胶体均匀涂覆在粗糙化的铝合金材料表面，然后表面喷雾乙基纤维素乙醚液，并静置晾干后压制得到镀膜铝合金材料，所述混合胶体的涂覆量为20-40g/cm2，所述喷雾的量为5-10mL/cm2，所述乙基纤维素乙醚液中的乙基纤维素与乙醚的质量比为3:5-7，静置晾干的温度为40℃，晾干时间为20-40min，压制的压力为2-4MPa；该步骤利用混合胶体的自粘性配合铝合金的粗糙化结构，促使混合胶体能够均匀分布在铝合金材料表面，同时乙基纤维素乙醚液形成表面渗透体系，并在表面形成稳定的乙基纤维素膜，将碳酸铵、氯化铵和氯化钠形成内包裹体系；c3，将硅藻土、异丙醇铝和石墨加入至异丙醇中搅拌均匀，并球磨处理1-2h形成浆料，然后将浆料涂覆在镀膜铝合金材料表面静置晾干，压制得到二次镀膜铝合金材料，所述硅藻土、异丙醇铝和石墨的质量比为3:4-5:1，所述异丙醇铝与异丙醇的质量比为1:2-3，所述球磨处理的温度为10-20℃，压力为2-3MPa，所述涂覆的量为10-15g/cm2，静置的氛围为氮气与水蒸气的混合氛围，且氮气与水蒸气的体积比为10:1，静置温度为30-40℃，压制压为2-3MPa，该步骤利用异丙醇作为溶剂，配合异丙醇铝的溶解性，形成良好的分散性，同时渗透至硅藻土和石墨中，随着球磨处理中，硅藻土和石墨的颗粒均一化与细碎化，同时将异丙醇铝渗透至硅藻土和石墨孔隙内，形成渗透化结构，经涂覆后的静置晾干，水分子与异丙醇铝形成原位水解体系，将异丙醇铝转化为氢氧化铝，并未与石墨和硅藻土的缝隙内，且异丙醇铝配比量高于其他材料，能够在硅藻土和石墨表面形成包裹性沉积，即，石墨和硅藻土比表面包裹有氢氧化铝；c4，将二次镀膜铝合金材料微波保温处理，超声清洗干净后得到预渗氮铝合金材料，所述微波保温处理采用双梯度保温处理，第一梯度的温度为200-220℃，微波功率为200-300W，时间为1-2h，第二梯度的温度为300-340℃，微波功率为300-500W，时间为0.5-1h，该步骤将二次镀膜铝合金材料进行微波基础上的保温处理，在第一梯度过程中，表层的氢氧化铝包裹石墨和硅藻土能够形成原位聚合反应即氢氧化铝受热形成转化为活性氧化铝，确保整体的致密化结构，同时活性氧化铝、石墨和硅藻土能够形成致密的陶瓷保护层，且活性氧化铝、石墨和硅藻土均有良好的吸氧性，能够达到优异的隔绝效果，阻止空气中的氧气进入，与此同时，微波加热能够形成内外均质的处理效果，保证表面温度提升的过程中，内部的碳酸铵和氯化铵形成稳定的分解，形成氯化氢、水蒸气、二氧化碳和氨气，氯化氢、水和氯化钠能够形成活性腐蚀体系，对铝合金形成动态腐蚀，将铝合金表面形成活性腐蚀，确保氨气中的氮元素渗透，二氧化碳能够产生内压，提升氨气的渗透效率与渗透深度；基于乙基纤维素能够在保护层内表面形成稳定的阻隔效果，阻止气态向外释放，保持内部压力的稳定；配合微波能够加快铝合金自身的粒子活性，能够有效的提升了渗氮效率。在第二梯度时，乙基纤维素形成融化，并向内渗透形成液压体系，同时氯化钠和乙基纤维素形成共混结构，且氯化钠被乙基纤维素包裹形成固液体系，放缓氯化钠的腐蚀，同时氨气的内压渗透，确保表层氮元素的渗透量，提高渗透效果；
步骤4，将预渗氮的铝合金材料进行离子渗氮处理，得到渗氮铝合金材料；所述离子渗氮处理的方法，包括如下步骤：d1，将预渗氮的铝合金材料放入离子氮化炉的真空室内抽真空，然后通入氦气进行离子轰击，得到预处理的铝合金材料，所述真空度为30－50Pa，离子轰击的温度为300－400℃，保温时间为30－60min；d2，采用氮气与氦气的混合气体吹扫真空室，并调节压力与温度，静置处理2－4h，得到渗氮铝合金，所述混合气体的氮气与氦气的体积比为3：1，吹扫后的氮气与氦气压力为5：3，调节后的压力为300－400Pa，温度为330－350℃。该步骤利用离子化轰击的方式打开铝合金表面分子结构，保证表面渗氮粒子的浓度提升，实现了高效的渗氮性，同时氦气能够对氮粒子产生活性，实现了渗氮层在厚度与浓度上的提升，进而增加了铝合金表面的耐磨性与机械性，同时，预渗氮和离子氮化的双重处理，建立氮粒子渗入通道，有效的提升了氮粒子的深入渗透和均匀化分布，不会出现局部浓度下降的温度，同时，由内至外的梯度化缓冲，提升了改性层与基体间的稳定连接；
步骤5，将渗氮铝合金材料进行抛光处理，然后表面镀膜并纳米化处理，得到耐磨渗氮铝合金材料；所述耐磨渗氮铝合金材料的制备方法，包括如下步骤：s1，将渗氮铝合金进行抛光处理，并采用酒精清洗干净，抛光能够铝合金表面形成初步磨平，减少凹凸结构，s2，将三氯甲基硅烷加入至乙醚中搅拌均匀形成硅醚液，然后将硅醚液喷雾至渗氮铝合金表面形成液膜；经静置后烘干得到镀膜渗氮铝合金，所述三氯甲基硅烷在乙醚中的浓度为10－20g/L，喷雾的量是5－10mL/cm2，所述静置的氛围为氮气与水蒸气的氛围，且氮气与水蒸气的体积比为3－5：1，静置时间为3－5h，烘干的温度为130－150℃；该步骤利用三氯甲基硅烷在乙醚中的低浓度，形成稳定的液膜结构，并且三氯甲基硅烷能够沉积在铝合金表面，在静置过程中，乙醚与水蒸气的微溶性，能够吸附水分子进入至乙醚中，并与乙醚内的三氯甲基硅烷形成水解反应，并且随着氛围内的高浓度水蒸气与禁止的长时间，少量水分子作用至渗氮铝合金表现，促使渗氮铝合金的氮化铝活性裸露，同时，在烘干过程中，三氯甲基硅烷的水解产物形成稳定的原位聚合，并且该原位聚合层的内侧与渗氮铝合金表面形成稳定连接，达到优异的连接稳定性，减少了基体与改性层的不良问题；基于液膜自身的流动性，渗氮铝合金受到液膜的影响形成大致的平整，减少了凹凸结构，并起到了表面的保护效果；s3，采用摩擦头反复运动处理镀膜渗氮铝合金材料表面，然后真空热处理，得到表面纳米化的镀膜渗氮铝合金材料；所述反复运动的轨迹为圆形，时间为1－2h，所述真空热处理的温度为330－340℃，时间为1－2h；该步骤利用反复摩擦的方式将硅氧材料形成塑性变形，形成分布均匀的微纳级晶体，提高了铝合金料的表面强度与耐磨性能。
从以上描述可以看出，本发明具备以下优点：
1.本发明解决了现有铝合金材料的表面缺陷，利用二次渗氮处理形成稳定且深入的铝合金氮化层，配合硅氧体系的表面包裹性，提高了铝合金材料的耐磨性与机械性，增加了铝合金的实用性。
2.本发明利用机械摩擦与热处理相结合的方式，将表面的硅氧层形成塑性变化，从而利用产生的微纳级晶体，提高了表面的强度与耐磨性能。
3.本发明利用预渗氮和离子氮化的二次处理方式，能够建立稳定的氮粒子渗透通道，能够大幅度提升氮粒子的渗透效果，提高了渗氮均匀性，同时预渗氮过程中的梯度处理能够有效的控制氯化钠活性腐蚀，有效的控制铝合金表面的渗透腐蚀问题，即，在保证渗氮效果的前提下减少铝合金表面的盐蚀问题。
4.本发明制备的铝合金材料渗氮均匀，且渗氮层达到15－40μm，且表层形成的硅氧保护层呈梯度分布的微纳级晶体结构。
具体实施方式
结合实施例详细说明本发明，但不对本发明的权利要求做任何限定。
实施例1
一种铝合金材料的表面处理方法，包括如下步骤：
步骤1，对铝合金材料进行表面洗涤处理，去除表面油脂与杂质，得到表面洁净的铝合金材料；所述表面洗涤处理包括如下步骤：a1，将铝合金材料放入蒸馏水中恒温浸泡20min，并低温超声处理20min，去除后烘干；所述恒温浸泡的温度为20℃，低温超声处理的温度为5℃，超声频率为40kHz，烘干在氮气氛围下进行，且温度为100℃；a2，将氢氧化钠稀溶液喷雾至铝合金表面并恒温静置10min，然后采用蒸馏水冲洗至中性，烘干得到表面洁净的铝合金材料，所述氢氧化钠稀溶液的pH为8，所述喷雾的量为3mL/cm2，恒温静置的温度为70℃，所述烘干在氮气氛围下，且温度为110℃；
步骤2，将表面洁净的铝合金材料进行表面粗糙化处理，得到表面粗糙的铝合金材料；所述粗糙化处理的方法包括如下步骤：b1，将表面洁净的铝合金材料放入有机溶液中超声处理20min，取出烘干得到预制铝合金材料，所述有机溶剂为乙醇与丙酮的混合溶剂，且乙醇和丙酮的体积比为2:1，超声处理的温度为5℃，超声频率为50kHz，所述烘干的温度为90℃，b2，采用钢丝刷刷洗铝合金材料，然后采用酒精清洗干净，得到表面凹凸的铝合金材料；b3，将盐酸喷雾至表面凹凸的铝合金材料，然后静置0.5h后冲洗干净，得到表面微腐蚀的铝合金材料，所述盐酸的pH为5，且喷雾的量为5mL/cm2，静置的温度为40℃；b4，将表面微腐蚀的铝合金材料放入乙醇-丙酮溶液中超声处理20min，经烘干后得到粗糙化的铝合金材料，所述乙醇-丙酮溶液的乙醇和丙酮的体积比为2:1，超声处理的频率为50kHz，温度为10℃；烘干的温度为90℃，且烘干在氮气氛围下进行；
步骤3，将表面粗糙化的铝合金材料进行预渗氮处理，得到预处理铝合金材料；所述预渗氮处理的方法包括如下步骤：c1，将氯化钠加入至乙醇中搅拌均匀形成胶体，然后将氯化铵和碳酸铵加入，并低温搅拌得到混合胶体；所述氯化钠与乙醇的质量比为3:4，搅拌速度为500r/min，所述氯化铵为纳米级氯化铵，粒径为20nm，且氯化铵的加入量是氯化钠质量的200％，所述碳酸铵为纳米级碳酸铵，粒径为30nm，且碳酸铵的加入量是氯化铵质量的150％，所述低温搅拌的温度为10％；c2，将混合胶体均匀涂覆在粗糙化的铝合金材料表面，然后表面喷雾乙基纤维素乙醚液，并静置晾干后压制得到镀膜铝合金材料，所述混合胶体的涂覆量为20g/cm2，所述喷雾的量为5mL/cm2，所述乙基纤维素乙醚液中的乙基纤维素与乙醚的质量比为3:5，静置晾干的温度为40℃，晾干时间为20min，压制的压力为2MPa；c3，将硅藻土、异丙醇铝和石墨加入至异丙醇中搅拌均匀，并球磨处理1h形成浆料，然后将浆料涂覆在镀膜铝合金材料表面静置晾干，压制得到二次镀膜铝合金材料，所述硅藻土、异丙醇铝和石墨的质量比为3:4:1，所述异丙醇铝与异丙醇的质量比为1:2，所述球磨处理的温度为10℃，压力为2MPa，所述涂覆的量为10g/cm2，静置的氛围为氮气与水蒸气的混合氛围，且氮气与水蒸气的体积比为10:1，静置温度为30℃，压制压为2MPa；c4，将二次镀膜铝合金材料微波保温处理，超声清洗干净后得到预渗氮铝合金材料，所述微波保温处理采用双梯度保温处理，第一梯度的温度为200℃，微波功率为200-300W，时间为1h，第二梯度的温度为300℃，微波功率为300W，时间为0.5h；
步骤4，将预渗氮的铝合金材料进行离子渗氮处理，得到渗氮铝合金材料；所述离子渗氮处理的方法，包括如下步骤：d1，将预渗氮的铝合金材料放入离子氮化炉的真空室内抽真空，然后通入氦气进行离子轰击，得到预处理的铝合金材料，所述真空度为30－50Pa，离子轰击的温度为300℃，保温时间为30min；d2，采用氮气与氦气的混合气体吹扫真空室，并调节压力与温度，静置处理2h，得到渗氮铝合金，所述混合气体的氮气与氦气的体积比为3：1，吹扫后的氮气与氦气压力为5：3，调节后的压力为300Pa，温度为330℃；
步骤5，将渗氮铝合金材料进行抛光处理，然后表面镀膜并纳米化处理，得到耐磨渗氮铝合金材料；所述耐磨渗氮铝合金材料的制备方法，包括如下步骤：s1，将渗氮铝合金进行抛光处理，并采用酒精清洗干净，抛光能够铝合金表面形成初步磨平，减少凹凸结构，s2，将三氯甲基硅烷加入至乙醚中搅拌均匀形成硅醚液，然后将硅醚液喷雾至渗氮铝合金表面形成液膜；经静置后烘干得到镀膜渗氮铝合金，所述三氯甲基硅烷在乙醚中的浓度为10g/L，喷雾的量是5mL/cm2，所述静置的氛围为氮气与水蒸气的氛围，且氮气与水蒸气的体积比为3：1，静置时间为3h，烘干的温度为130℃；s3，采用摩擦头反复运动处理镀膜渗氮铝合金材料表面，然后真空热处理，得到表面纳米化的镀膜渗氮铝合金材料；所述反复运动的轨迹为圆形，时间为1h，所述真空热处理的温度为330℃，时间为1h。
该实施例的铝合金材料的渗氮层为15μm，微纳米尺寸为3－10μm，硬度值达到879，摩擦系数为0.68。本实施例处理的铝合金材料的氮化层厚度适中，表面沉积硅氧膜，且硅氧膜表面含有微纳米级晶体，使铝合金材料的硬度和摩擦系数显著提高。
实施例2
一种铝合金材料的表面处理方法，包括如下步骤：
步骤1，对铝合金材料进行表面洗涤处理，去除表面油脂与杂质，得到表面洁净的铝合金材料；所述表面洗涤处理包括如下步骤：a1，将铝合金材料放入蒸馏水中恒温浸泡30min，并低温超声处理30min，去除后烘干；所述恒温浸泡的温度为30℃，低温超声处理的温度为10℃，超声频率为70kHz，烘干在氮气氛围下进行，且温度为110℃；a2，将氢氧化钠稀溶液喷雾至铝合金表面并恒温静置20min，然后采用蒸馏水冲洗至中性，烘干得到表面洁净的铝合金材料，所述氢氧化钠稀溶液的pH为9，所述喷雾的量为7mL/cm2，恒温静置的温度为90℃，所述烘干在氮气氛围下，且温度为120℃；
步骤2，将表面洁净的铝合金材料进行表面粗糙化处理，得到表面粗糙的铝合金材料；所述粗糙化处理的方法包括如下步骤：b1，将表面洁净的铝合金材料放入有机溶液中超声处理30min，取出烘干得到预制铝合金材料，所述有机溶剂为乙醇与丙酮的混合溶剂，且乙醇和丙酮的体积比为4:1，超声处理的温度为10℃，超声频率为80kHz，所述烘干的温度为100℃，b2，采用钢丝刷刷洗铝合金材料，然后采用酒精清洗干净，得到表面凹凸的铝合金材料；b3，将盐酸喷雾至表面凹凸的铝合金材料，然后静置1h后冲洗干净，得到表面微腐蚀的铝合金材料，所述盐酸的pH为6，且喷雾的量为8mL/cm2，静置的温度为60℃；b4，将表面微腐蚀的铝合金材料放入乙醇-丙酮溶液中超声处理30min，经烘干后得到粗糙化的铝合金材料，所述乙醇-丙酮溶液的乙醇和丙酮的体积比为4:1，超声处理的频率为70kHz，温度为20℃；烘干的温度为100℃，且烘干在氮气氛围下进行；
步骤3，将表面粗糙化的铝合金材料进行预渗氮处理，得到预处理铝合金材料；所述预渗氮处理的方法包括如下步骤：c1，将氯化钠加入至乙醇中搅拌均匀形成胶体，然后将氯化铵和碳酸铵加入，并低温搅拌得到混合胶体；所述氯化钠与乙醇的质量比为3:6，搅拌速度为1000r/min，所述氯化铵为纳米级氯化铵，粒径为50nm，且氯化铵的加入量是氯化钠质量的400％，所述碳酸铵为纳米级碳酸铵，粒径为60nm，且碳酸铵的加入量是氯化铵质量的200％，所述低温搅拌的温度为20％；c2，将混合胶体均匀涂覆在粗糙化的铝合金材料表面，然后表面喷雾乙基纤维素乙醚液，并静置晾干后压制得到镀膜铝合金材料，所述混合胶体的涂覆量为40g/cm2，所述喷雾的量为10mL/cm2，所述乙基纤维素乙醚液中的乙基纤维素与乙醚的质量比为3:7，静置晾干的温度为40℃，晾干时间为40min，压制的压力为4MPa；c3，将硅藻土、异丙醇铝和石墨加入至异丙醇中搅拌均匀，并球磨处理2h形成浆料，然后将浆料涂覆在镀膜铝合金材料表面静置晾干，压制得到二次镀膜铝合金材料，所述硅藻土、异丙醇铝和石墨的质量比为3:5:1，所述异丙醇铝与异丙醇的质量比为1:3，所述球磨处理的温度为20℃，压力为3MPa，所述涂覆的量为15g/cm2，静置的氛围为氮气与水蒸气的混合氛围，且氮气与水蒸气的体积比为10:1，静置温度为40℃，压制压为3MPa；c4，将二次镀膜铝合金材料微波保温处理，超声清洗干净后得到预渗氮铝合金材料，所述微波保温处理采用双梯度保温处理，第一梯度的温度为220℃，微波功率为300W，时间为2h，第二梯度的温度为340℃，微波功率为500W，时间为1h；
步骤4，将预渗氮的铝合金材料进行离子渗氮处理，得到渗氮铝合金材料；所述离子渗氮处理的方法，包括如下步骤：d1，将预渗氮的铝合金材料放入离子氮化炉的真空室内抽真空，然后通入氦气进行离子轰击，得到预处理的铝合金材料，所述真空度为30－50Pa，离子轰击的温度为400℃，保温时间为60min；d2，采用氮气与氦气的混合气体吹扫真空室，并调节压力与温度，静置处理4h，得到渗氮铝合金，所述混合气体的氮气与氦气的体积比为3：1，吹扫后的氮气与氦气压力为5：3，调节后的压力为300－400Pa，温度为350℃；
步骤5，将渗氮铝合金材料进行抛光处理，然后表面镀膜并纳米化处理，得到耐磨渗氮铝合金材料；所述耐磨渗氮铝合金材料的制备方法，包括如下步骤：s1，将渗氮铝合金进行抛光处理，并采用酒精清洗干净，抛光能够铝合金表面形成初步磨平，减少凹凸结构，s2，将三氯甲基硅烷加入至乙醚中搅拌均匀形成硅醚液，然后将硅醚液喷雾至渗氮铝合金表面形成液膜；经静置后烘干得到镀膜渗氮铝合金，所述三氯甲基硅烷在乙醚中的浓度为20g/L，喷雾的量是10mL/cm2，所述静置的氛围为氮气与水蒸气的氛围，且氮气与水蒸气的体积比为3－5：1，静置时间为5h，烘干的温度为150℃；s3，采用摩擦头反复运动处理镀膜渗氮铝合金材料表面，然后真空热处理，得到表面纳米化的镀膜渗氮铝合金材料；所述反复运动的轨迹为圆形，时间为2h，所述真空热处理的温度为340℃，时间为2h。
该实施例的铝合金材料的渗氮层为40μm，微纳米尺寸为8－15μm，硬度值达到967，摩擦系数为0.76。本实施例处理的铝合金材料的氮化层厚度适中，表面沉积硅氧膜，且硅氧膜表面含有微纳米级晶体，使铝合金材料的硬度和摩擦系数显著提高。
实施例3
一种铝合金材料的表面处理方法，包括如下步骤：
步骤1，对铝合金材料进行表面洗涤处理，去除表面油脂与杂质，得到表面洁净的铝合金材料；所述表面洗涤处理包括如下步骤：a1，将铝合金材料放入蒸馏水中恒温浸泡25min，并低温超声处理25min，去除后烘干；所述恒温浸泡的温度为25℃，低温超声处理的温度为8℃，超声频率为60kHz，烘干在氮气氛围下进行，且温度为105℃；a2，将氢氧化钠稀溶液喷雾至铝合金表面并恒温静置15min，然后采用蒸馏水冲洗至中性，烘干得到表面洁净的铝合金材料，所述氢氧化钠稀溶液的pH为9，所述喷雾的量为5mL/cm2，恒温静置的温度为80℃，所述烘干在氮气氛围下，且温度为115℃；
步骤2，将表面洁净的铝合金材料进行表面粗糙化处理，得到表面粗糙的铝合金材料；所述粗糙化处理的方法包括如下步骤：b1，将表面洁净的铝合金材料放入有机溶液中超声处理25min，取出烘干得到预制铝合金材料，所述有机溶剂为乙醇与丙酮的混合溶剂，且乙醇和丙酮的体积比为3:1，超声处理的温度为8℃，超声频率为70kHz，所述烘干的温度为95℃，b2，采用钢丝刷刷洗铝合金材料，然后采用酒精清洗干净，得到表面凹凸的铝合金材料；b3，将盐酸喷雾至表面凹凸的铝合金材料，然后静置1h后冲洗干净，得到表面微腐蚀的铝合金材料，所述盐酸的pH为5，且喷雾的量为7mL/cm2，静置的温度为50℃；b4，将表面微腐蚀的铝合金材料放入乙醇-丙酮溶液中超声处理25min，经烘干后得到粗糙化的铝合金材料，所述乙醇-丙酮溶液的乙醇和丙酮的体积比为3:1，超声处理的频率为60kHz，温度为15℃；烘干的温度为95℃，且烘干在氮气氛围下进行；
步骤3，将表面粗糙化的铝合金材料进行预渗氮处理，得到预处理铝合金材料；所述预渗氮处理的方法包括如下步骤：c1，将氯化钠加入至乙醇中搅拌均匀形成胶体，然后将氯化铵和碳酸铵加入，并低温搅拌得到混合胶体；所述氯化钠与乙醇的质量比为3:5，搅拌速度为800r/min，所述氯化铵为纳米级氯化铵，粒径为40nm，且氯化铵的加入量是氯化钠质量的300％，所述碳酸铵为纳米级碳酸铵，粒径为50nm，且碳酸铵的加入量是氯化铵质量的180％，所述低温搅拌的温度为15％；c2，将混合胶体均匀涂覆在粗糙化的铝合金材料表面，然后表面喷雾乙基纤维素乙醚液，并静置晾干后压制得到镀膜铝合金材料，所述混合胶体的涂覆量为30g/cm2，所述喷雾的量为8mL/cm2，所述乙基纤维素乙醚液中的乙基纤维素与乙醚的质量比为3:6，静置晾干的温度为40℃，晾干时间为30min，压制的压力为3MPa；c3，将硅藻土、异丙醇铝和石墨加入至异丙醇中搅拌均匀，并球磨处理2h形成浆料，然后将浆料涂覆在镀膜铝合金材料表面静置晾干，压制得到二次镀膜铝合金材料，所述硅藻土、异丙醇铝和石墨的质量比为3:5:1，所述异丙醇铝与异丙醇的质量比为1:2，所述球磨处理的温度为15℃，压力为3MPa，所述涂覆的量为13g/cm2，静置的氛围为氮气与水蒸气的混合氛围，且氮气与水蒸气的体积比为10:1，静置温度为33℃，压制压为3MPa；c4，将二次镀膜铝合金材料微波保温处理，超声清洗干净后得到预渗氮铝合金材料，所述微波保温处理采用双梯度保温处理，第一梯度的温度为210℃，微波功率为250W，时间为2h，第二梯度的温度为330℃，微波功率为400W，时间为1h；
步骤4，将预渗氮的铝合金材料进行离子渗氮处理，得到渗氮铝合金材料；所述离子渗氮处理的方法，包括如下步骤：d1，将预渗氮的铝合金材料放入离子氮化炉的真空室内抽真空，然后通入氦气进行离子轰击，得到预处理的铝合金材料，所述真空度为30－50Pa，离子轰击的温度为350℃，保温时间为50min；d2，采用氮气与氦气的混合气体吹扫真空室，并调节压力与温度，静置处理3h，得到渗氮铝合金，所述混合气体的氮气与氦气的体积比为3：1，吹扫后的氮气与氦气压力为5：3，调节后的压力为300－400Pa，温度为340℃；
步骤5，将渗氮铝合金材料进行抛光处理，然后表面镀膜并纳米化处理，得到耐磨渗氮铝合金材料；所述耐磨渗氮铝合金材料的制备方法，包括如下步骤：s1，将渗氮铝合金进行抛光处理，并采用酒精清洗干净，抛光能够铝合金表面形成初步磨平，减少凹凸结构，s2，将三氯甲基硅烷加入至乙醚中搅拌均匀形成硅醚液，然后将硅醚液喷雾至渗氮铝合金表面形成液膜；经静置后烘干得到镀膜渗氮铝合金，所述三氯甲基硅烷在乙醚中的浓度为15g/L，喷雾的量是8mL/cm2，所述静置的氛围为氮气与水蒸气的氛围，且氮气与水蒸气的体积比为4：1，静置时间为4h，烘干的温度为140℃；s3，采用摩擦头反复运动处理镀膜渗氮铝合金材料表面，然后真空热处理，得到表面纳米化的镀膜渗氮铝合金材料；所述反复运动的轨迹为圆形，时间为2h，所述真空热处理的温度为335℃，时间为1h。
该实施例的铝合金材料的渗氮层为30μm，微纳米尺寸为6－12μm，硬度值达到934，摩擦系数为0.73。本实施例处理的铝合金材料的氮化层厚度适中，表面沉积硅氧膜，且硅氧膜表面含有微纳米级晶体，使铝合金材料的硬度和摩擦系数显著提高。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种铝合金材料的表面处理方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1，对铝合金材料进行表面洗涤处理，去除表面油脂与杂质，得到表面洁净的铝合金材料；
步骤2，将表面洁净的铝合金材料进行表面粗糙化处理，得到表面粗糙的铝合金材料；
步骤3，将表面粗糙化的铝合金材料进行预渗氮处理，得到预处理铝合金材料；所述预渗氮处理的方法包括如下步骤：c1，将氯化钠加入至乙醇中搅拌均匀形成胶体，然后将氯化铵和碳酸铵加入，并低温搅拌得到混合胶体；所述氯化钠与乙醇的质量比为3:4-6，搅拌速度为500-1000r/min，所述氯化铵为纳米级氯化铵，粒径为20-50nm，且氯化铵的加入量是氯化钠质量的200-400％，所述碳酸铵为纳米级碳酸铵，粒径为30-60nm，且碳酸铵的加入量是氯化铵质量的150-200％，所述低温搅拌的温度为10-20℃；c2，将混合胶体均匀涂覆在粗糙化的铝合金材料表面，然后表面喷雾乙基纤维素乙醚液，并静置晾干后压制得到镀膜铝合金材料，所述混合胶体的涂覆量为20-40g/cm2，所述喷雾的量为5-10mL/cm2，所述乙基纤维素乙醚液中的乙基纤维素与乙醚的质量比为3:5-7，静置晾干的温度为40℃，晾干时间为20-40min，压制的压力为2-4MPa；c3，将硅藻土、异丙醇铝和石墨加入至异丙醇中搅拌均匀，并球磨处理1-2h形成浆料，然后将浆料涂覆在镀膜铝合金材料表面静置晾干，压制得到二次镀膜铝合金材料，所述硅藻土、异丙醇铝和石墨的质量比为3:4-5:1，所述异丙醇铝与异丙醇的质量比为1:2-3，所述球磨处理的温度为10-20℃，压力为2-3MPa，所述涂覆的量为10-15g/cm2，静置的氛围为氮气与水蒸气的混合氛围，且氮气与水蒸气的体积比为10:1，静置温度为30-40℃，压制压为2-3MPa；c4，将二次镀膜铝合金材料微波保温处理，超声清洗干净后得到预渗氮铝合金材料，所述微波保温处理采用双梯度保温处理，第一梯度的温度为200-220℃，微波功率为200-300W，时间为1-2h，第二梯度的温度为300-340℃，微波功率为300-500W，时间为0.5-1h；
步骤4，将预渗氮的铝合金材料进行离子渗氮处理，得到渗氮铝合金材料；
步骤5，将渗氮铝合金材料进行抛光处理，然后表面镀膜并纳米化处理，得到耐磨渗氮铝合金材料。
2.根据权利要求1所述的铝合金材料的表面处理方法，其特征在于：所述步骤1中的表面洗涤处理包括如下步骤：a1，将铝合金材料放入蒸馏水中恒温浸泡20-30min，并低温超声处理20-30min，取出后烘干；a2，将氢氧化钠稀溶液喷雾至铝合金表面并恒温静置10-20min，然后采用蒸馏水冲洗至中性，烘干得到表面洁净的铝合金材料。
3.根据权利要求2所述的铝合金材料的表面处理方法，其特征在于：所述a1中的恒温浸泡的温度为20-30℃，低温超声处理的温度为5-10℃，超声频率为40-70kHz，烘干在氮气氛围下进行，且温度为100-110℃。
4.根据权利要求2所述的铝合金材料的表面处理方法，其特征在于：所述a2中的氢氧化钠稀溶液的pH为8-9，所述喷雾的量为3-7mL/cm2，恒温静置的温度为70-90℃，所述烘干在氮气氛围下，且温度为110-120℃。
5.根据权利要求1所述的铝合金材料的表面处理方法，其特征在于：所述步骤2中的粗糙化处理的方法包括如下步骤：b1，将表面洁净的铝合金材料放入有机溶液中超声处理20-30min，取出烘干得到预制铝合金材料；b2，采用钢丝刷刷洗铝合金材料，然后采用酒精清洗干净，得到表面凹凸的铝合金材料；b3，将盐酸喷雾至表面凹凸的铝合金材料，然后静置0.5-1h后冲洗干净，得到表面微腐蚀的铝合金材料；b4，将表面微腐蚀的铝合金材料放入乙醇-丙酮溶液中超声处理20-30min，经烘干后得到粗糙化的铝合金材料。
6.根据权利要求5所述的铝合金材料的表面处理方法，其特征在于：所述b1中的有机溶剂为乙醇与丙酮的混合溶剂，且乙醇和丙酮的体积比为2-4:1，超声处理的温度为5-10℃，超声频率为50-80kHz，所述烘干的温度为90-100℃。
7.根据权利要求5所述的铝合金材料的表面处理方法，其特征在于：所述b3中的盐酸的pH为5-6，且喷雾的量为5-8mL/cm2，静置的温度为40-60℃。
8.根据权利要求5所述的铝合金材料的表面处理方法，其特征在于：所述b4中的乙醇-丙酮溶液的乙醇和丙酮的体积比为2-4:1，超声处理的频率为50-70kHz，温度为10-20℃；烘干的温度为90-100℃，且烘干在氮气氛围下进行。
9.根据权利要求1所述的铝合金材料的表面处理方法，其特征在于：所述步骤3中的离子渗氮处理的方法，包括如下步骤：d1，将预渗氮的铝合金材料放入离子氮化炉的真空室内抽真空，然后通入氦气进行离子轰击，得到预处理的铝合金材料；d2，采用氮气与氦气的混合气体吹扫真空室，并调节压力与温度，静置处理2－4h，得到渗氮铝合金。
10.根据权利要求9所述的铝合金材料的表面处理方法，其特征在于：所述d1的真空度为30－50Pa，离子轰击的温度为300－400℃，保温时间为30－60min；所述d2中的混合气体的氮气与氦气的体积比为3：1，吹扫后的氮气与氦气压力为5：3，调节后的压力为300－400Pa，温度为330－350℃。
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