[发明专利]一种铸造铝基复合材料表面军绿色微弧氧化膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及铸造铝基复合材料表面处理技术，具体为一种铸造铝基复合材料表面军绿色微弧氧化膜的制备方法。

背景技术

水中兵器产品所属的外壳体，材质为铸造铝基复合材料，为提高作战隐蔽性，提高铸造铝基复合材料壳体表面的耐蚀性、绝缘性、耐磨性等综合性能，设计要求表面进行军绿色微弧氧化，同时对膜层硬度、耐蚀性、绝缘性、结合强度等性能提出了较高要求。

微弧氧化（MAO，Micro-arc oxidation），又称“微等离子体氧化”、“阳极火花沉淀”、“火花放电阳极氧化”。可直接在阀金属（Mg、Al、Ti、Zr、Nb）表面原位生长陶瓷膜层，达到工件表面强化、硬度大幅度提高、耐磨、耐蚀、绝缘及抗高温热冲击等性能得到改善的目的。

微弧氧化是在传统的阳极氧化的基础上发展起来的，其本质就是一个陶瓷膜瞬间击穿的过程。从最初的“电子雪崩”模型、陶瓷层击穿电压到后来的“微桥放电”模型，可以说微弧氧化的理论研究主要围绕着电击穿理论进行的，在电击穿过程中，往往伴随着有火花放电现象产生以及膜层组织、结构的改变，是物理放电、电化学氧化及热化学、热处理等协同作用的结果。陶瓷氧化膜的形成过程非常复杂，所以研究难度较常规氧化困难，到目前为止，尚无一种理论模型能够定量、圆满地解释所有的微弧氧化实验现象和描述膜层的形成过程。

目前，有关绿色膜的制备研究存在如下不足之处：1、膜层颜色接近白色或趋于黑绿色，且颜色不均匀，影响伪装效果；2、膜层的耐蚀性、硬度、粗糙度不能满足铸造铝基复合材料兵器的综合性能。

发明内容

本发明为了解决现有铸造铝基复合材料表面绿色膜制备存在伪装效果差且耐蚀性、硬度、粗糙度较差的问题，提供了一种铸造铝基复合材料表面军绿色微弧氧化膜的制备方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：一种铸造铝基复合材料表面军绿色微弧氧化膜的制备方法，采用如下步骤：a、采用水砂纸对铸造铝基复合材料工件表面进行打磨后放入水洗槽进行清洗；b、在去离子水中按如下质量体积比依次加入NaOH 2-4g/L，NiSO₄ 2-4g/L，Na₂SiO₃ 8-15g/L，（NaPO3）₆ 10-15g/L，Na₂WO₄ 5-10g/L，EDTA 3-8 g/L，制得溶液的PH值为8-11，搅拌至充分溶解；c、将铸造铝基复合材料工件放入溶液中，工件与阳极连接，溶液槽体的不锈钢板连接阴极后，打开微弧氧化电源，设置电源参数：占空比 5-10%，电源频率 800-1000Hz，正负脉冲比 5：1，氧化电压 500-600V，电流密度 10-15A/dm²，工作温度 35-45℃，且给电方式为阶梯给电，阶梯级数3-5级；d、氧化20-30min后关闭电源，便可在铸造铝基复合材料工件表面制备出军绿色微弧氧化膜；e、将铸造铝基复合材料工件放入水洗槽中清洗干净并晾干。

溶液配方中Na₂SiO₃和NaOH作为体系溶液，当Na₂SiO₃和NaOH浓度过低时，电解液导电率降低，影响起弧电压，甚至可能导致无法起弧；当Na₂SiO₃和NaOH浓度过高时，电解液电导率升高，电流变大，导致膜层粗糙，甚至可能造成基体烧蚀。

溶液配方中NiSO₄为着色盐，其浓度直接影响氧化膜颜色，经试验证明，NiSO₄浓度低于2 g/L时，着色不明显，氧化膜颜色接近白色；当NiSO₄浓度高于4 g/L时，着色明显，颜色趋于黑绿色。

溶液配方中（NaPO₃）₆为抑弧剂，能够起到抑制弧光作用的效果，弧光作用的强弱直接影响膜层孔隙的大小，适当的弧光强度有利于提高膜层的致密性，减少微裂纹的形成。试验发现，当（NaPO₃）₆浓度不足10g/L时，试件表面弧点变化不明显；当加入10-15g/L（NaPO₃）₆时，试件表面弧点由大而分散变为微小而均匀。

溶液配方中EDTA为络合剂，起到稳定槽液成份，均匀离子分布的作用，当EDTA浓度过低时，膜层出现颜色不均的现象。