[发明专利]基于四硼酸钾的Al-Cu-Mg系铝合金表面复合陶瓷膜层的制备方法

说明书

基于四硼酸钾的Al‑Cu‑Mg系铝合金表面复合陶瓷膜层的制备方法。本发明以Al‑Cu‑Mg系2024铝合金工件为阳极，以电解槽的不锈钢板为阴极，将工件阳极浸没于工作液中，然后在阴极和阳极之间施加双极性脉冲电，进行微弧氧化处理，使工作液中的四硼酸钾与2024铝合金基体中的铝发生等离子体化学反应，从而得到Al‑Cu‑Mg系铝合金表面Al₂O₃‑AlB₁₂复合陶瓷膜层。本发明解决了现有Al₂O₃‑AlB₁₂复合陶瓷膜层的制备过程复杂、时间长、能耗高的问题，提高Al‑Cu‑Mg系铝合金表面微弧氧化陶瓷膜层抗弯强度和断裂韧性。

技术领域

本发明涉及金属表面改性领域，特别涉及一种铝合金表面陶瓷膜层及其制备方法。

背景技术

2024铝合金是一种属于Al-Cu-Mg系的高强度硬铝合金，因其比刚度高，且具有良好的机械加工性能，主要用于制造各种高负荷的零件和构件，如飞机上的骨架零件，蒙皮，隔框，翼肋，翼梁，铆钉等。然而，其耐腐蚀性和耐磨性都较低，其实际应用中必须通过表面改性技术来强化其耐腐蚀性、耐磨性和抗断裂性。

微弧氧化技术经常被用来改善铝合金表面的性能。铝合金表面微弧氧化陶瓷膜层的主要成分是Al₂O₃，具有与基体结合力好、硬度高、耐腐蚀、耐摩擦、绝缘电阻高、耐热冲击、热稳定性好等优良性能，这有效的扩大了铝合金的应用范围，使其在航空航天、装备制造、纺织机械和电子通信等领域具有广泛的应用前景。然而，Al₂O₃陶瓷自身的脆性限制了它的进一步应用。目前，增韧是解决该问题较为有效的方法，其中包括弥散增韧、纤维和晶须增韧、氧化锆相变增韧、复合增韧等。

AlB₁₂的显微硬度、耐磨性、破坏负载和比破坏负载均远远大于白刚玉(含Al₂O₃99％以上)，经常被研究人员用来对Al₂O₃陶瓷进行复合增韧。其工艺过程为：Al粉与B₂O₃粉混合，压制成型，通保护气，高温加热，自蔓延反应，缓慢冷却，机械粉碎，过筛。在利用AlB₁₂对Al₂O₃增韧形成Al₂O₃-AlB₁₂复合陶瓷膜层的过程中，为实现自蔓延过程，高温加热需大于1800K；而缓慢冷却则有利于AlB₁₂晶体的形成。该方法获得了Al₂O₃-AlB₁₂复合陶瓷粉末。然后再经过喷涂等表面处理技术，在金属表面形成Al₂O₃-AlB₁₂与基体的复合陶瓷保护层。尽管它有效地解决了Al₂O₃增韧问题，但是该处理过程，工艺复杂，能耗高，时间久，并且膜层与基体结合力较差。

发明内容

本发明为提高Al-Cu-Mg系铝合金表面微弧氧化陶瓷膜层抗弯强度和断裂韧性，同时解决现有Al₂O₃-AlB₁₂复合陶瓷膜层的制备过程复杂、时间长、能耗高、与基体结合力差的问题，而提供一种基于四硼酸钾的Al-Cu-Mg系铝合金特别是2024铝合金表面Al₂O₃-AlB₁₂复合陶瓷膜层的制备方法。