[发明专利]一种铝合金表面微弧氧化膜功能化设计的方法

说明书

技术领域

本发明属于铝合金表面处理技术领域，具体涉及一种铝合金表面微弧氧化膜功能化设计的方法。

背景技术

微弧氧化技术，又称微等离子体氧化，阳极火花沉积或火花放电阳极氧化，是在普通阳极氧化的基础上发展起来的一种新的表面处理技术。铝合金在电解液中通过高压放电作用，其表面生成一层与基体以冶金方式结合的氧化铝为主的陶瓷层，陶瓷质的高硬度、高阻抗和高稳定性满足铝合金防海水腐蚀、高温热蚀和改善耐磨等性能要求。该氧化膜结合力优良，并且硬度、耐磨性以及强度较高。然而，考虑到未来铝合金微弧氧化膜的应用领域多样性，势必对铝合金微弧氧化膜性能的功能化设计提出了更高的要求。

目前，实现铝合金微弧氧化膜功能化设计主要有两大影响因素：1）外部电参数的控制；2）配套微弧氧化电解液的优化。本专利的基于上述两大因素通过外部电参数控制模式，并结合配套优化的电解液配方，从而实现铝合金微弧氧化膜功能化设计。

发明内容

本发明目的在于提供一种铝合金表面微弧氧化膜功能化设计的方法，采用所述微弧氧化工艺，实现铝合金微弧氧化膜的超强耐蚀性、优异的耐磨性、良好的隔热性、超薄性、超厚性、超硬性及良好的光洁度。

本发明的技术方案为：

一种铝合金微弧氧化膜功能化设计的方法，首先将铝合金工件置于电解液中，待处理的工件表面在电解液中作为工作电极，不锈钢导体作为对电极，并与所述待加工表面构成电解回路，并向所述电解回路同时施加方波脉冲电压及高频载波对铝合金工件进行氧化处理，同时电流密度控制在0.2-20A/dm²之间，处理时间为30～200min，处理温度不高于50℃。

所述电解液其溶剂为水，溶质由基础组成、辅助添加剂和致密化添加剂组成，溶质的总浓度为1-20g/L，控制电解液的pH值为5~8(利用稀释的NaOH，或者稀硝酸溶液调节)；所述基础组成为氢氧化钠、硅酸盐、硼酸盐和磷酸盐中一种或几种；辅助添加剂为钒酸盐、钼酸盐、十二烷基苯磺酸盐、癸酸盐、苯并三氮唑、苹果酸盐中的一种或几种；致密化添加剂为硝酸钇、硝酸铈、硝酸镧中的一种或几种。

所述方波脉冲电压频率为1000～400Hz，正向幅值为250-400V，脉宽为0.6ms，负向电压幅值为450-700V，脉宽为0.4ms。所述方波脉冲电压的通断比可以为以下四种情况：1）正向占空比0%，负向占空比0%；2）正向占空比10%，负向占空比10%；3）正向占空比10%，负向占空比20%；4）正向占空比10%，负向占空比30%。所述高频载波电压幅值为50-300V，高频载波频率为2000-3000Hz。

所述铝合金为LY11、LY12、LC4、2A70、ZL205、LY16、2024、5083、6063或纯铝。

本发明通过特定的外部电参数及相关配套优化电解液相互配合，针对应用的实际情况实现了铝合金微弧氧化膜功能化设计。在铝合金表面制备的微弧氧化膜主要性能如下：膜厚3～200μm，中性盐雾时间2000h以上，硬度Hv1000，干摩擦系数f≤0.1，表面粗糙度Ra≤0.02μm，结合力大于30MPa。

本发明的优点及有益效果如下：

1、所施加的阳极脉冲电压的幅值要明显小于常规微弧氧化过程形成微等离子体弧光放电所要求临界火花电压，但高于普通阳极氧化的电压，属于阳极氧化法拉第电位区。这样有利于在一般阳极氧化的法拉第电位区形成微等离子体并产生α-Al₂O₃相变，提升薄膜微结构化学稳定性具有可行性，从而实现铝合金微弧氧化膜超强耐蚀性、优异的耐磨性和超硬性。