[发明专利]制备高发射率钛合金微弧氧化陶瓷膜层的电解液及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备高发射率钛合金微弧氧化陶瓷膜层的电解液，以及利用该电解液处理钛合金表面获得高发射率陶瓷膜层的方法。

背景技术

钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。第一个实用的钛合金是1954年美国研制成功的Ti-6Al-4V合金，由于它的耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物相容性均较好，而成为钛合金工业中的王牌合金，该合金使用量已占全部钛合金的75%～85%。其他许多钛合金都可以看做是Ti-6Al-4V合金的改型。20世纪50～60年代，主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金，70年代开发出一批耐蚀钛合金，80年代以来，耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。耐热钛合金的使用温度已从50年代的400℃提高到90年代的600～650℃。A2(Ti3Al)和r（TiAl）基合金的出现，使钛在发动机的使用部位正由发动机的冷端（风扇和压气机）向发动机的热端（涡轮）方向推进。结构钛合金向高强、高塑、高强高韧、高模量和高损伤容限方向发展。

然而，其发射率较低的特性严重限制了其广泛的应用。传统的处理方法主要有化学气相沉积，物理气相沉积，凝胶-溶胶等等，然而这些方法耗损较大，且效率不高。微弧氧化是近年来新崛起的一种在铝、镁、钛及其合金上，通过电解液与相应电参数的组合，在其表面依靠弧光放电产生的瞬时高温高压作用，原位生长出以基体金属氧化物为主的陶瓷膜层。该层陶瓷膜层可以在保证原金属材料使用性能的前提下，同时赋予材料表面以特殊性能，以拓宽其适用范围。

发明内容

为解决钛合金材料微弧氧化技术中所存在的上述不足，本发明提供了一种制备高发射率钛合金微弧氧化陶瓷膜层的电解液，以及利用该电解液处理钛合金表面获得高发射率陶瓷膜层的方法。

为达到发明目的，本发明所采用的技术方案是：配置电解液，并加入到微弧氧化电解槽中，在制备过程中用搅拌器对槽液进行搅拌，使电解液分布更加均匀。

所述电解液为次亚磷酸钠、氟锆酸钾、氧化锆的水溶液，电解液组成如下：

次亚磷酸钠5 - 10 g/L

氟锆酸钾10 - 15 g/L

氧化锆1 - 5 g/L

溶剂为去离子水。

优选的，电解液组成如下：

次亚磷酸钠5 g/L

氟锆酸钾6 g/L

氧化锆3 g/L

溶剂为去离子水。

本发明还涉及利用前述电解液对钛合金进行表面处理的方法，所述方法包括：采用直流脉冲微弧氧化装置对钛合金表面进行微弧氧化，将钛合金作阳极浸在电解液中，带冷却系统的不锈钢容器作为阴极，控制电流密度为8-10A/dm²，不断搅拌下恒流微弧氧化时间为40-60 min，得到表面包覆陶瓷膜层的钛合金。

优选的，所述方法如下：电解液组成为：次亚磷酸钠5 g/L，氟锆酸钾6 g/L，纳米氧化锆3 g/L，溶剂为去离子水；采用20 kW直流脉冲微弧氧化装置对钛合金表面进行微弧氧化，将钛合金作阳极浸在电解液中，带冷却系统的不锈钢容器作为阴极，控制电流密度为8-10 A/dm²左右，不断搅拌下恒流微弧氧化时间为40-60 min左右，得到表面包覆陶瓷膜层的钛合金。

所述氧化锆为纳米级，平均粒径为50 nm。

本发明的有益效果为：（1）所述的陶瓷膜层表面十分光滑，粗糙度较小；（2）所述的陶瓷膜层发射率较高；（3）本发明对钛合金的材质、形状、尺寸等无特殊要求，具有良好的通用性，原料十分廉价、易得。

具体实施方式

下面结合具体方式对本发明进行进一步描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

实施例1：

原料配制：次亚磷酸钠10 g，氟锆酸钾20 g，纳米氧化锆6 g，去离子水2 L，Ti-6Al-4V合金基体。

材料制备：按上述组成，将次亚磷酸钠、氟锆酸钾和氧化锆加入去离子水中配成电解液，加入到微弧氧化电解槽中，并对其进行搅拌。