專利名稱：一種納米氧化鋁顆粒增強轉(zhuǎn)化膜制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋁鎂合金表面處理方法，特別是提供了一種納米氧化鋁顆粒增強轉(zhuǎn)化膜的制備工藝方法。
背景技術(shù)：
化學轉(zhuǎn)化膜是金屬表面原子與化學溶液的陰陽離子發(fā)生化學反應(yīng)在金屬表面產(chǎn)生的反應(yīng)用物膜層，可以顯著提高合金耐蝕性能。與陽極氧化及電鍍技術(shù)相比，化學轉(zhuǎn)化過程不受工件形狀、尺寸和電場分布的影響，能夠形成厚度均勻的膜層；與化學鍍相比，因基體金屬參與化學轉(zhuǎn)化成膜反應(yīng)，故化學轉(zhuǎn)化膜與基體結(jié)合更牢固。當前轉(zhuǎn)化技術(shù)制備的轉(zhuǎn)化膜強韌性不高，存在大量由應(yīng)力引起的微裂紋，耐蝕性能不理想，難以滿足實際工程的需要。在轉(zhuǎn)化液中加入一定濃度分散均勻的納米顆粒能夠 不僅有效促進轉(zhuǎn)化膜的形核，而且對轉(zhuǎn)化膜形成過程應(yīng)力引起的裂紋產(chǎn)生釘扎作用，顯著減少轉(zhuǎn)化膜的微裂紋，可提高化學轉(zhuǎn)化膜的韌性及強度和剛度。但是納米顆粒具有很大的表面能，在處理液中極易團聚，一方面難以有效促進轉(zhuǎn)化膜形核和生長；另一方面，團聚的納米顆粒作為轉(zhuǎn)化膜組成相，由于其不致密，邊界不規(guī)律，將導(dǎo)致轉(zhuǎn)化膜的致密性和均勻性大大降低，從而顯著惡化轉(zhuǎn)化膜的性質(zhì)。目前，納米顆粒在溶液介質(zhì)中的分散方法多是通過機械物理分散和添加化學分散劑的方法來防止溶液中納米顆粒的團聚行為。前者是將溶液高速攪拌，團聚顆粒盡管在溶液運動作用下解團，顆粒間的吸附引力存在，難于完全形成納米顆粒分散均勻的溶液；后者是選擇一種或多種適宜的分散劑使其在納米顆粒表面吸附，從而改變顆粒與液相介質(zhì)、顆粒與顆粒間的相互作用，使顆粒間有較強的排斥力，但是添加分散性會污染處理液，阻礙甚至破壞轉(zhuǎn)化膜的形核和生長過程。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種納米氧化鋁顆粒增強轉(zhuǎn)化膜制備方法，該方法通過電子束槍發(fā)射的電子流在納米氧化鋁顆粒表面聚集負電荷，然后將表面聚集負電荷的納米氧化鋁顆粒加入成膜溶液中配制轉(zhuǎn)化處理液，在經(jīng)脫脂去污處理、堿洗處理、漂洗烘干后，將鋁鎂合金浸入到含有加電荷納米氧化鋁粒子處理液制備轉(zhuǎn)化膜，可得到均勻分布的納米氧化鋁顆粒轉(zhuǎn)化膜，納米氧化鋁顆粒能有效減少轉(zhuǎn)化膜形成過程中由應(yīng)力引起的裂紋，可顯著提高化學轉(zhuǎn)化膜韌性及強度和剛度。上述目的是通過下述方案實現(xiàn)的
一種納米氧化鋁顆粒增強轉(zhuǎn)化膜制備方法，其特征在于所述方法包括
第一步，通過電子束槍發(fā)射的電子流在納米氧化鋁顆粒表面聚集負電荷；
第二步，將表面聚集負電荷的氧化鋁納米顆粒加入成膜溶液中配制轉(zhuǎn)化處理液；第三步，在經(jīng)脫脂去污處理、堿洗處理、漂洗烘干后，將鋁鎂合金浸入到含有加電荷納米氧化鋁粒子的處理液制備轉(zhuǎn)化膜。根據(jù)上述的方法，其特征在于，上述第一步的方法包括以下步驟I)將氧化鋁顆粒放入樣品盒中，樣品盒頂面有電子入射窗口，電子入射窗口用電子透射膜覆蓋，電子透射膜能夠透過較高能量的電子束，但能夠阻止氧化鋁納米顆粒在抽真空過程中及受電子束照射運動沖出樣品盒污染電子束真空室。樣品盒側(cè)面有通氣孔，通氣孔用PTFE透氣膜覆蓋，透氣膜能夠使電子束設(shè)備抽真空時使樣品盒內(nèi)達到所要求的真空度，同時防止氧化鋁納米顆粒運動沖出樣品盒而污染電子束真空室。2)打開電子束設(shè)備真空室，把裝有氧化鋁顆粒的樣品盒放在樣品臺上；
3)關(guān)閉真空室，開啟機械泵抽取電子束真空室和電子槍真空至O.I 10Pa，打開分子泵抽電子束真空室和電子槍真空至O. 0005 O. 005Pa ；
4)設(shè)置電子槍高壓為10 30kW，束流密度為100 300mA，電子束斑為圓形；
5)啟動電子束設(shè)置給顆粒加電荷，加電荷時間為5分鐘 30分鐘，時間到后關(guān)閉電子束設(shè)備；
6)按順序關(guān)閉分子泵、機械泵，緩慢向真空室放氣，當電子束真空室內(nèi)壓力達到大氣壓力時，打開真空室，取出樣品盒。根據(jù)上述的方法，其特征在于，上述第二步的方法包括以下步驟
1)將濃度為分析純的H3P04、KMnO4,NaClO4和CaCO3依次加入蒸餾水中，形成以上各組份濃度分別為5ml/L 50 ml/L、2g/L 40g/L、0. 5g/L 10g/L和4g/L 40g/L白勺基本溶液；
2)將帶有足夠電荷的納米氧化鋁顆粒加入轉(zhuǎn)化基本溶液中，形成含20mg/L-300mg/L氧化鋁顆粒的處理液。根據(jù)上述的方法，其特征在于，上述第三步的方法包括以下步驟
O脫脂去污處理室溫下用丙酮超聲波5 10分鐘脫脂清洗鋁鎂合金；
2)堿洗處理將鋁鎂合金浸入堿洗液中進行2 10分鐘的堿洗處理，堿洗液溫度為40 80°C，堿洗液由濃度為10g/L 90g/L的NaOH和濃度為20g/L 150g/L Na2SiO3組成；
3)漂洗烘干將經(jīng)堿洗處理鋁鎂合金用去離子水中漂洗后在25°C烘箱中持續(xù)烘干30分鐘；
4)納米氧化鋁顆粒增強轉(zhuǎn)化膜的生成將上述第二步配制的轉(zhuǎn)化處理液加熱至50 80° C，然后將鋁鎂合金浸入處理液5 30分鐘。本發(fā)明的有益效果


圖I電子束對納米氧化鋁顆粒表面加電荷的設(shè)備示意 圖2是試樣盒的結(jié)構(gòu)示意 圖3經(jīng)添加納米氧化鋁顆粒(電子槍高壓為30kW，束流密度為300mA，對氧化鋁顆粒加電荷30分鐘)轉(zhuǎn)化處理液得到的轉(zhuǎn)化膜截面透射電鏡形貌 圖4經(jīng)添加納米氧化鋁顆粒(未經(jīng)電子束加電荷)轉(zhuǎn)化處理液得到的轉(zhuǎn)化膜截面透射電鏡形貌 圖5經(jīng)添加納米氧化鋁顆粒(電子槍高壓為30kW，束流密度為300mA，對氧化鋁顆粒加電荷30分鐘)轉(zhuǎn)化處理液得到的轉(zhuǎn)化膜表面掃描電鏡形貌圖；圖6經(jīng)添加納米氧化鋁顆粒(未經(jīng)電子束加電荷)轉(zhuǎn)化處理液得到的轉(zhuǎn)化膜表面掃描電鏡形貌圖。
具體實施例方式參見圖1，本發(fā)明的給納米顆粒加電荷的裝置包括真空室2，在真空室2的側(cè)面設(shè)有觀察窗5，在真空室的側(cè)面設(shè)有真空室真空抽氣裝置1，在真空室2內(nèi)底部設(shè)有可調(diào)高度的試樣臺6，并且在試樣臺6上設(shè)有試樣盒7，在真空室2的頂部設(shè)有電子束槍4，在電子束槍4上設(shè)有電子束槍真空抽氣裝置3，電子束槍4的發(fā)射端對準試樣盒7。真空室2和電子束槍4真空度為O. 0005 O. 005Pa,電子束槍高壓為10 30kW，束流密度為100 300mA，電子束斑為圓形；加電荷時間為5分鐘 30分鐘。參見圖2，試樣盒的頂面設(shè)有電子入射窗10 ，電子入射窗10安裝有電子透射膜9，試樣盒頂蓋利用密封圈11通過頂蓋螺釘8與試樣盒密封，試樣盒的四周設(shè)有透氣窗13，透氣窗13安裝有PEFE透氣膜12。以A356鋁合金為例，對該鋁合金分別浸入到含有加電荷納米氧化鋁粒子處理液(以1#工藝表示)和含有未加電荷納米氧化鋁粒子處理液進行處理(以2#工藝表示)，比較在A356鋁合金表面經(jīng)1#和2#工藝所得到轉(zhuǎn)化膜中納米氧化鋁顆粒的分布狀況及轉(zhuǎn)化膜的形貌。實施例I
1#工藝步驟及參數(shù)
第一步，電子束對氧化鋁顆粒表面加電荷的方法
1)將納米氧化鋁顆粒放入如前所述樣品盒中；
2)打開電子束設(shè)備真空室，把裝有納米氧化鋁顆粒的樣品盒放在樣品臺上；
3)關(guān)閉真空室，開啟機械泵抽取電子束真空室和電子槍真空至10Pa，打開分子泵抽電子束真空室和電子槍真空至O. 005Pa ；
4)設(shè)置電子槍高壓為30kW，束流密度為300mA，電子束斑為圓形；
5)啟動電子束設(shè)置給納米顆粒加電荷，加電荷時間為30分鐘，時間到后關(guān)閉電子束設(shè)
備;
6)按順序關(guān)閉分子泵、機械泵，緩慢向真空室放氣，當電子束真空室內(nèi)壓力達到大氣壓力時，打開真空室，取出樣品盒。第二步，轉(zhuǎn)化處理液的配制方法
1)將濃度為分析純的H3P04、KMnO4,NaClO4和CaCO3依次加入蒸餾水中，形成以上各組份濃度分別為50 ml/L、40g/L、10g/L和40g/L的基本溶液；
2)將帶有足夠電荷的納米氧化鋁顆粒加入轉(zhuǎn)化基本溶液中，形成含20mg/L-300mg/L納米氧化鋁顆粒的處理液。第三步，納米氧化鋁顆粒增強轉(zhuǎn)化膜制備方法
O脫脂去污處理室溫下用丙酮超聲波10分鐘脫脂清洗A356鋁合金；
2)堿洗處理將A356鋁合金浸入堿洗液中進行10分鐘的堿洗處理，堿洗液溫度為80°C，堿洗液由濃度為90g/L的NaOH和濃度為150g/L Na2SiO3組成；
3)漂洗烘干將經(jīng)堿洗處理A356鋁合金用去離子水中漂洗后在25°C烘箱中持續(xù)烘干30分鐘；
4)納米氧化鋁顆粒增強轉(zhuǎn)化膜的生成將上述第二步配制的轉(zhuǎn)化處理液加熱至80°C，然后將鋁鎂合金浸入處理液30分鐘。2#工藝步驟及參數(shù)
第一步轉(zhuǎn)化處理液的配制方法
1)將濃度為分析純的H3P04、KMnO4,NaClO4和CaCO3依次加入蒸餾水中，形成以上各組份濃度分別為50 ml/L、40g/L、10g/L和40g/L的基本溶液；
2)將帶有納米氧化鋁顆粒加入轉(zhuǎn)化基本溶液中，并以機械攪拌器進行強力攪拌形成含300 mg/L納米氧化招顆粒的處理液。第二步納米氧化鋁顆粒轉(zhuǎn)化膜制備方法·
O脫脂去污處理室溫下用丙酮超聲波10分鐘脫脂清洗鋁鎂合金；
2)堿洗處理將A356鋁合金浸入堿洗液中進行10分鐘的堿洗處理，堿洗液溫度為80°C，堿洗液由濃度為90g/L的NaOH和濃度為150g/L Na2SiO3組成；
3)漂洗烘干將經(jīng)堿洗處理A356鋁合金用去離子水中漂洗后在25°C烘箱中持續(xù)烘干30分鐘；
4)納米氧化鋁顆粒增強轉(zhuǎn)化膜的生成將上述第二步配制的轉(zhuǎn)化處理液加熱至80° C，然后將A356鋁合金浸入處理液30分鐘。實施例2
1#工藝步驟及參數(shù)
第一步，電子束對氧化鋁顆粒表面加電荷的方法
1)將納米氧化鋁顆粒放入如前所述樣品盒中；
2)打開電子束設(shè)備真空室，把裝有納米氧化鋁顆粒的樣品盒放在樣品臺上；
3)關(guān)閉真空室，開啟機械泵抽取電子束真空室和電子槍真空至O.IPa,打開分子泵抽電子束真空室和電子槍真空至O. 0005Pa ；
4)設(shè)置電子槍高壓為IOkW,束流密度為100mA，電子束斑為圓形；
5)啟動電子束設(shè)置給納米顆粒加電荷，加電荷時間為5分鐘，時間到后關(guān)閉電子束設(shè)
備;
6)按順序關(guān)閉分子泵、機械泵，緩慢向真空室放氣，當電子束真空室內(nèi)壓力達到大氣壓力時，打開真空室，取出樣品盒。第二步，轉(zhuǎn)化處理液的配制方法
1)將濃度為分析純的H3P04、KMnO4,NaClO4和CaCO3依次加入蒸餾水中，形成以上各組份濃度分別為5 ml/L、2g/L、0. 5g/L和4g/L的基本溶液；
2)將帶有足夠電荷的納米氧化鋁顆粒加入轉(zhuǎn)化基本溶液中，形成含20mg/L納米氧化鋁顆粒的處理液。第三步，納米氧化鋁顆粒增強轉(zhuǎn)化膜制備方法
O脫脂去污處理室溫下用丙酮超聲波5分鐘脫脂清洗A356鋁合金；
2)堿洗處理將A356鋁合金浸入堿洗液中進行2分鐘的堿洗處理，堿洗液溫度為40°C，堿洗液由濃度為10g/L的NaOH和濃度為20g/L Na2SiO3組成；
3)漂洗烘干將經(jīng)堿洗處理A356鋁合金用去離子水中漂洗后在25°C烘箱中持續(xù)烘干30分鐘；
4)納米氧化鋁顆粒增強轉(zhuǎn)化膜的生成將上述第二步配制的轉(zhuǎn)化處理液加熱至50°C，然后將鋁鎂合金浸入處理液5分鐘。2#工藝步驟及參數(shù)
第一步轉(zhuǎn)化處理液的配制方法
1)將濃度為分析純的H3P04、KMnO4,NaClO4和CaCO3依次加入蒸餾水中，形成以上各組份濃度分別為5ml/L、2g/L、0. 5g/L和4g/L的基本溶液；
2)將帶有納米氧化鋁顆粒加入轉(zhuǎn)化基本溶液中，并以機械攪拌器進行強力攪拌形成含20mg/L納米氧化招顆粒的處理液。
第二步納米氧化鋁顆粒轉(zhuǎn)化膜制備方法
O脫脂去污處理室溫下用丙酮超聲波5分鐘脫脂清洗鋁鎂合金；
2)堿洗處理將A356鋁合金浸入堿洗液中進行2分鐘的堿洗處理，堿洗液溫度為40°C，堿洗液由濃度為10g/L的NaOH和濃度為20g/L Na2SiO3組成；
3)漂洗烘干將經(jīng)堿洗處理A356鋁合金用去離子水中漂洗后在25°C烘箱中持續(xù)烘干30分鐘；
4)納米氧化鋁顆粒增強轉(zhuǎn)化膜的生成將上述第二步配制的轉(zhuǎn)化處理液加熱至50° C，然后將A356鋁合金浸入處理液5分鐘。
A356鋁合金表面經(jīng)1#和2#工藝所得到轉(zhuǎn)化膜中納米氧化鋁顆粒的分布狀況如圖3和圖4所示。A356鋁合金浸入到含有加電荷納米氧化鋁粒子處理液制備的轉(zhuǎn)化膜中納米氧化鋁顆粒分布較為均勻，其團聚行為極其輕微；然而，A356鋁合金浸入到含有未加電荷納米氧化鋁粒子處理液制備的轉(zhuǎn)化膜中納米氧化鋁分布具有明顯的局域性，納米氧化鋁顆粒分布極不均勻，其團聚行為比較嚴重?？芍?，盡管通過強力攪拌轉(zhuǎn)化處理液可瞬時分散其中的納米氧化鋁顆粒，由于顆粒間的吸附引力存在，納米顆粒的團聚行為難于避免，因而納米氧化鋁顆粒在形成的轉(zhuǎn)化膜中團聚嚴重。A356鋁合金表面經(jīng)1#和2#工藝所得到轉(zhuǎn)化膜的表面形貌如圖5和圖6所示。A356鋁合金浸入到含有加電荷納米氧化鋁粒子處理液制備的轉(zhuǎn)化膜比較均勻和致密，沒有微裂紋和微孔洞缺陷；然而，A356鋁合金浸入到含有未加電荷納米氧化鋁粒子處理液制備的轉(zhuǎn)化膜表面存在典型龜裂裂縫，而且，其表面嚴重破損。顯然，將A356鋁合金浸入到含有電子束加電荷納米氧化鋁粒子處理液得到均勻分布的納米氧化鋁顆粒轉(zhuǎn)化膜，納米氧化鋁顆粒能夠?qū)D(zhuǎn)化膜形成過程中應(yīng)力引起的裂紋產(chǎn)生釘扎作用，可顯著提高化學轉(zhuǎn)化膜韌性及強度和剛度。
權(quán)利要求
1.一種納米氧化鋁顆粒增強轉(zhuǎn)化膜制備方法，其特征在于所述方法包括 第一步，通過電子束槍發(fā)射的電子流在納米氧化鋁顆粒表面聚集負電荷； 第二步，將表面聚集負電荷的氧化鋁納米顆粒加入成膜溶液中配制轉(zhuǎn)化處理液； 第三步，在經(jīng)脫脂去污處理、堿洗處理、漂洗烘干后，將鋁鎂合金浸入到含有加電荷納米氧化鋁粒子的處理液制備轉(zhuǎn)化膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，上述第一步的方法包括以下步驟 1)將氧化鋁顆粒放入樣品盒中，樣品盒頂面有電子入射窗口，電子入射窗口用電子透射膜覆蓋，電子透射膜能夠透過較高能量的電子束，但能夠阻止氧化鋁納米顆粒在抽真空過程中及受電子束照射運動沖出樣品盒污染電子束真空室；樣品盒側(cè)面有通氣孔，通氣孔用PTFE透氣膜覆蓋，透氣膜能夠使電子束設(shè)備抽真空時使樣品盒內(nèi)達到所要求的真空度，同時防止氧化鋁納米顆粒運動沖出樣品盒而污染電子束真空室； 2)打開電子束設(shè)備真空室，把裝有氧化鋁顆粒的樣品盒放在樣品臺上； 3)關(guān)閉真空室，開啟機械泵抽取電子束真空室和電子槍真空至O.I lOPa，打開分子泵抽電子束真空室和電子槍真空至O. 0005 O. 005Pa ； 4)設(shè)置電子槍高壓為10 30kW，束流密度為100 300mA，電子束斑為圓形； 5)啟動電子束設(shè)置給顆粒加電荷，加電荷時間為5分鐘 30分鐘，時間到后關(guān)閉電子束設(shè)備； 6)按順序關(guān)閉分子泵、機械泵，緩慢向真空室放氣，當電子束真空室內(nèi)壓力達到大氣壓力時，打開真空室，取出樣品盒。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，上述第二步的方法包括以下步驟 1)將濃度為分析純的H3P04、KMnO4,NaClO4和CaCO3依次加入蒸餾水中，形成以上各組份濃度分別為5ml/L 50 ml/L、2g/L 40g/L、0. 5g/L 10g/L和4g/L 40g/L白勺基本溶液； 2)將帶有足夠電荷的納米氧化鋁顆粒加入轉(zhuǎn)化基本溶液中，形成含20mg/L-300mg/L氧化鋁顆粒的處理液。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，上述第三步的方法包括以下步驟 O脫脂去污處理室溫下用丙酮超聲波5 10分鐘脫脂清洗鋁鎂合金； 2)堿洗處理將鋁鎂合金浸入堿洗液中進行2 10分鐘的堿洗處理，堿洗液溫度為40 80°C，堿洗液由濃度為10g/L 90g/L的NaOH和濃度為20g/L 150g/L Na2SiO3組成； 3)漂洗烘干將經(jīng)堿洗處理鋁鎂合金用去離子水中漂洗后在25°C烘箱中持續(xù)烘干30分鐘； 4)納米氧化鋁顆粒增強轉(zhuǎn)化膜的生成將上述第二步配制的轉(zhuǎn)化處理液加熱至50 80° C，然后將鋁鎂合金浸入處理液5 30分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種納米氧化鋁顆粒增強轉(zhuǎn)化膜制備方法，所述方法包括第一步，通過電子束槍發(fā)射的電子流在納米氧化鋁顆粒表面聚集負電荷；第二步，將表面聚集負電荷的氧化鋁納米顆粒加入成膜溶液中配制轉(zhuǎn)化處理液；第三步，在經(jīng)脫脂去污處理、堿洗處理、漂洗烘干后，將鋁鎂合金浸入到含有加電荷納米氧化鋁粒子的處理液制備轉(zhuǎn)化膜。本發(fā)明的方法可得到納米氧化鋁顆粒分布均勻的轉(zhuǎn)化膜。均勻分布的納米氧化鋁顆粒能有效減少轉(zhuǎn)化膜形成過程中由應(yīng)力引起的裂紋，顯著提高化學轉(zhuǎn)化膜韌性及強度和剛度，可解決當前轉(zhuǎn)化技術(shù)制備的轉(zhuǎn)化膜強韌性不高，存在大量由應(yīng)力引起的微裂紋，耐蝕性能不理想，難以滿足實際工程需要的問題。
文檔編號C23C22/73GK102899656SQ20121031730
公開日2013年1月30日 申請日期2012年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月31日
發(fā)明者趙明, 何廣平, 屈敏, 李婷婷, 鄭劉斌 申請人:北方工業(yè)大學