[发明专利]一种铝合金微弧氧化膜层封闭方法

说明书

技术领域

本发明属于材料表面处理技术领域，涉及一种封闭方法，具体涉及一种铝合金微弧氧化膜层的封闭方法。

背景技术

铝合金由于具有较高的比强度、比刚度，易于加工成形，而且储量丰富，易于回收利用，在航空航天、汽车、电子、通讯等领域得到了广泛的应用。

铝的化学活泼性较高，在大气中表面可自然形成氧化膜。但自然形成的氧化膜很薄，对基体材料的保护作用有限。在腐蚀条件下，尤其是氯离子存在时，铝及其合金的腐蚀破坏非常严重，这极大地限制了铝合金的使用范围和铝合金结构的使用寿命。要解决此问题，需要研究铝合金的腐蚀防护方法。阳极氧化是铝合金比较成熟的防护技术，已经在航空铝合金等领域得到了广泛的应用。但是铝合金阳极氧化产生的膜层比较薄，不耐磨损且耐腐蚀性能有限，近年来，人们进行了各种新技术的开发，其中，通过液相等离子脉冲高能放电即微弧氧化在铝合金表面形成陶瓷膜的方法能很好地满足铝合金的耐磨及防腐要求。

微弧氧化技术又称微等离子体氧化或阳极火花沉积，是将Al、Mg、Ti、Ta、Nb、Zr等有色金属或其合金置于电解质水溶液中，在高电压的作用下，使材料表面的氧化膜相对薄弱处产生火花放电斑点，在热化学、等离子体化学和电化学的共同作用下，在材料表面原位生长陶瓷层的新技术。微弧氧化得到的陶瓷膜层耐磨、耐蚀和耐冲击性能均明显高于传统阳极氧化膜层，且膜层硬度高（达2000Hv），厚度大（可达200～300μm），与基体结合力好（与基体呈冶金结合）。

但微弧氧化技术由于其自身特点，膜层会残留放电气孔，瞬间高温会使微区金属及氧化物熔化又在槽液中快速冷却形成微裂纹，使得微弧氧化膜层不可避免地存在一定的孔隙。孔隙使得微弧氧化膜层的耐蚀性大打折扣，在腐蚀环境中，腐蚀介质会沿着这些缺陷到达基体，导致基体腐蚀。为提高微弧氧化膜的耐蚀性能，需采用恰当的封闭技术将微孔和微裂纹闭合。

铝合金微弧氧化膜层封闭技术一般是借鉴传统阳极氧化膜的封闭技术，常用的封闭方式有沸水封闭、铬酸盐、硅酸盐、磷酸盐以及氟化物封闭等。沸水水合封闭虽然简单有效，使用方便，但封闭温度高、能耗大、封闭速度慢，尤其是对水质要求高。而金属盐溶液封闭所采用的重铬酸钾、乙酸镍、氟化镍等都含有重金属离子，废液需处理才能排放，否则会对人体和环境造成不同程度的危害。而且作者研究发现，沸水封闭和金属盐溶液封闭的微弧氧化膜层在中性盐雾等侵蚀性较弱的环境下具有较好的防护性，但在具有较强侵蚀性的环境（如酸性腐蚀溶液）中起不到有效防护，因为较强腐蚀介质会溶解封堵膜层孔隙的物质，导致封闭失效，腐蚀介质通过孔隙到达基体，引起基体腐蚀，造成膜层脱落。二氧化硅溶胶封闭技术采用纳米级二氧化硅颗粒封闭微弧氧化膜层的微裂纹和微孔，并在膜层表面形成一层二氧化硅凝胶层，使膜层的耐蚀性大幅提高，且能耐较强酸性环境腐蚀。中国专利申请公布号CN102041541中采用二氧化硅溶胶浸渍方法封闭镁合金微弧氧化膜层，得到了耐蚀性高的膜层，但其微弧氧化和浸渍提拉交替进行，工艺复杂；另在中国专利申请公布号CN102330139中，采用有机硅原液与酒精混合溶液真空浸渗的方法封闭铝合金微弧氧化膜层，得到了韧性和耐蚀性均有改善的膜层，但抽真空成本较高，操作复杂。因此，开发一种对生态环境和人类健康无害、耐蚀性更强且工艺简单的封闭技术已成为铝合金微弧氧化技术一项重要而紧迫的研究内容。

发明内容

为克服现有技术中存在的工艺复杂、成本较高，以及污染环境的不足，本发明提出了一种铝合金微弧氧化膜层封闭方法。

本发明的具体过程是：

步骤1.预处理：

将微弧氧化过的铝合金试样放入丙酮中超声清洗3min去除油污，取出吹干后放入去离子水中清洗3min，吹干备用。

步骤2.配制封闭溶胶：

所述封闭溶胶的具体体积配比为：正硅酸乙酯∶无水乙醇∶硅烷偶联剂∶去离子水=4～6∶8～12∶1～2∶2～3，所用溶胶总量≥5ml/cm²。

步骤3.封闭：

将得到的封闭溶胶用超声波振动。将所述经过预处理过的铝合金试样用棉线悬挂竖直放入封闭用溶胶中，继续超声波振动1～5min；竖直提拉取出所述铝合金试样，室温固化18～36小时后放入烘烤箱，在100～120℃下烘烤1～2小时，随炉冷却后得到封闭后的试样。

在配制所述封闭溶胶时，用稀HCl将原胶液的pH值调至3.5～4；所述稀HCl的质量分数为8%～12。

由于采取了上述技术方案，使本发明取得了以下效果：