[发明专利]一种在锆合金表面制备耐磨多孔氧化锆陶瓷层的方法

摘要

一种在锆合金表面制备耐磨多孔氧化锆陶瓷层的方法，所述锆合金的成分为Zr47Ti45Al5V3，其制备方法主要包括以下步骤：(1)锆合金表面预处理；(2)配置微弧氧化电解液，其主要成分为Na2SiO3水溶液、Na3PO4、碱性电解质KOH和KF；(3)超声微弧氧化处理，超声波频率为30kHz～60kHz、微弧氧化电压为200V～500V、脉宽为100μs、脉冲频率为500Hz，电解液温度为40℃的条件下进行微弧氧化5min～60min，最后冲洗至锆合金表面干净，自然晾干。本发明工艺简单，使用的设备造价低廉，制品工艺成本低，制备的锆合金与核工业和醋酸工业使用的锆合金相比，强度提高了108％，密度降低了12％左右，具有成为在航空航天以及舰船和海洋工程中有应用潜力的新型结构材料。

主权项

1.一种在锆合金表面制备耐磨多孔氧化锆陶瓷层的方法，所述锆合金为Zr47Ti45Al5V3，是使用工业级纯度的海绵锆、海绵钛、铝颗粒和钒块，用自耗电弧炉熔炼三次，得到的合金铸锭经过三镦三拔后按照加工要求加工成不同形状不同尺寸的锆合金，其特征在于：(1)锆合金表面预处理：利用电火花线切割机将锆合金Zr47Ti45Al5V3锻造态切成厚为2.8～3.2mm的锆合金片，并在锆合金片上钻一个圆孔，接着使用180#，600#，1000#和1500#砂纸依次对该锆合金圆片表面进行打磨抛光，再依次使用丙酮溶液，无水乙醇溶液和去离子水对其进行超声波清洗，清洗时间均为10～15min，自然晾干后在锆合金片的圆孔处拴上铝丝，放入密封袋中密封备用；(2)配置微弧氧化电解液：将Na2SiO3加入到蒸馏水中搅拌至完全溶解，得到浓度为10g/L的Na2SiO3水溶液，接着将Na3PO4加入到Na2SiO3水溶液中并搅拌至完全溶解，Na3PO4浓度为30g/L；将碱性电解质KOH加入到蒸馏水中搅拌至完全溶解，得到浓度为10g/L的KOH水溶液；将含有Na2SiO3和Na3PO4水溶液与KOH水溶液按体积比1：1的比例充分混合后，得到混合溶液，然后按每立升混合溶液加入12g KF的比例，将KF加入到上述混合溶液中搅拌至混合均匀，最后按混合溶液与丙三醇的体积比为50：1的比例，加入丙三醇并搅拌至均匀，得到微弧氧化电解液；(3)超声微弧氧化处理：将步骤(2)得到的微弧氧化电解液倒入不锈钢电解槽中，对装入微弧氧化电解液的不锈钢电解槽进行超声震荡处理，微弧氧化设备阴极连接装入微弧氧化电解液的不锈钢电解槽，微弧氧化设备阳极连接步骤(1)得到的预处理后的锆合金片上的铝丝，设置微弧氧化设备的阴极和阳极之间的距离为40mm～60mm，启动微弧氧化设备，然后在超声波频率为30kHz～60kHz、微弧氧化电压为200V～500V、脉宽为100μs、脉冲频率为500Hz，电解液温度为40℃的条件下进行微弧氧化时间为5min～60min，关闭微弧氧化设备及超声波振荡设备，得到超声微弧氧化处理后的锆合金，采用无水乙醇和蒸馏水对超声微弧氧化处理后的锆合金Zr47Ti45Al5V3进行冲洗至表面干净，自然晾干，得到带有耐磨多孔氧化锆陶瓷层的锆合金。