[发明专利]铝合金微等离子体电解氧化的电解液及其处理工艺

说明书

技术领域

本发明提供的是轻合金材料表面处理工艺改进技术，具体地说就是一种7075铝合金表面微等离子体电解氧化陶瓷层纳米添加剂的加入及性能影响的表面处理方法。

背景技术

随着航空、航天、军工产品“轻量化”需求的快速发展，选用“轻合金”材料生产军品零部件的趋势越来越明显，7XXX系超高强铝合金是高端领域必不可少的关键结构材料。目前限制7XXX铝合金进一步应用的一个重要瓶颈就是其较差的耐蚀性，国内外对其提高耐蚀性的研究普遍重视，对其表面处理是铝合金防腐蚀的重要途径之一，完全可以克服铝合金表面耐蚀性差的缺点。目前提高铝合金表面耐蚀性的方法主要有阳极氧化和等离子体电解氧化，阳极氧化膜层薄，耐蚀性差，满足不了高端领域对耐蚀性的特殊要求，而取而代之的是更加先进的等离子体电解氧化。

等离子体电解氧化(简称PEO)，也称微弧氧化，是近年来备受表面处理行业关注的一项新型的表面改性技术。国外美、德、俄、日等国对该项技术的研究比较早，技术也比较成熟，而我国在该项技术上的研究也非常重视，国内对铝合金微等离子体氧化的研究主要集中在电参数、电解质溶液的优化上，通过纳米添加剂来进一步提高陶瓷层耐蚀性的研究尚比较罕见，严重制约了我国航空航天及国防技术的快速发展。本发明旨在优化出一套微等离子体氧化纳米添加剂的工艺参数，使纳米添加剂填充到等离子体氧化膜层的放电通道微孔中，使其膜层获得优异的耐腐蚀性能，能够克服航空航天经常遭受的严重腐蚀的极端恶劣的环境，使7075铝合金微等离子体氧化技术广泛应用于航空航天领域，对推动铝产业在航空航天领域的应用具有深远意义。微等离子体氧化技术和工艺的研究有着极其重要的军事价值和经济价值。

发明内容

本发明的目的在于在国内外研究开发的基础上针对铝合金提出一种表面微等离子体纳米添加剂的工艺方案，利用本发明的溶液配方及电参数处理工艺，能在铝合金(如：7075铝合金)表面形成含有纳米添加剂的保护膜，该保护膜致密完整，具有阳极氧化无法比拟的耐蚀性。且与基体结合牢固，属冶金结合。能够满足航空航天等高端领域对铝合金耐蚀性的要求，应用前景广阔。

本发明提供的用于铝合金微等离子体电解氧化电解液，每升中含NaAlO₂浓度6～15g、NaOH1～3g，双氧水2～5ml、纳米B₄C颗粒1～5g和三乙醇胺4～10ml。

与现有技术相比，本发明电解液组分里未加入H₃BO₃，因H₃BO₃加入到NaAlO₂组成的溶液体系里后，会发生化学反应，产生沉淀。

同时，本发明提供的电解液组分里含三乙醇胺，三乙醇胺的加入主要是抑制大弧点的产生，使弧光放电出现的时间延长，提高膜层综合性能。

本发明加入双氧水，为微等离子体电解氧化提供充足的氧源，使反应更加充分，生成更多的Al₂O₃。

本发明加入NaOH，一方面增加溶液的导电性，另一方面调节溶液的PH值，NaOH浓度过高或过低，都会对膜层产生很大的影响，NaOH浓度过高，碱性太强，会对膜层产生严重的破坏作用，NaOH浓度过低，电导率降低，溶液的导电性下降，电压会急剧上升，对膜层有烧蚀作用。

纳米B₄C颗粒粒度为1～3μm。当分散到电解液里时，随着反应过程中放电微孔的不断产生，氧化铝在放电通道周围会迅速凝固，放电通道产生的微孔直径一般为5±1μm，纳米B₄C颗粒随之也进入微孔中，被熔融的氧化铝所凝固，使放电微孔数量大大变少，进而提高其耐蚀性。

本发明提供的铝合金微等离子体电解氧化电解的步骤如下：

试样前处理、打磨、除油、乙醇清洗、水清洗、烘干、加入电解液电解、水清洗和烘干。

在采用本发明电解液对铝合金表面进行处理前，需要对铝合金进行前处理。本发明前处理采用的是镁合金微弧氧化前处理工艺。其全流程工艺条件如下：

1.碱洗

在铝合金表面施以镁及镁合金的脱脂剂(如：牌号为S-0717)，温度40～55℃，处理时间5～10分钟；放进水洗槽水洗；

2.酸洗

乳酸(用量为200～250g/L)和其他少量的酸(如：酒石酸，用量为100～120g/L)，温度40～50℃，处理时间20～40秒钟；放进水洗槽水洗；

3.碱蚀