專利名稱：：鋁合金表面高耐磨減摩自潤滑復(fù)合膜層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種鋁合金表面復(fù)合膜層的制備方法，具體涉及一種鋁合金表面高耐磨減摩自潤滑復(fù)合膜層的制備方法。
背景技術(shù)：
：鋁質(zhì)材料是用量僅次于鋼鐵的重要金屬材料。鋁質(zhì)材料具有重量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕、導(dǎo)電、導(dǎo)熱性良好的優(yōu)點，在航空航天、交通運輸、印刷、建筑等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。但是鋁材同時存在質(zhì)軟、易磨損的缺點，在一些工作環(huán)境，如超高真空(航天器中的機(jī)械等)、超低溫(液氫和液氧輸送泵等)、強(qiáng)輻照(核反應(yīng)堆等)、污染(航天器的推力系統(tǒng)、紡織機(jī)械和造紙機(jī)械等)、安裝后工作人員不便接近(核能機(jī)械和飛機(jī)的密封部件等)和要求環(huán)境非常清潔(食品、醫(yī)療和制藥機(jī)械等)等常常采用固體潤滑劑來增強(qiáng)鋁材使用壽命，故常采用固體潤滑劑來增強(qiáng)鋁材的使用壽命，但是應(yīng)用固體潤滑劑存在固體粉末導(dǎo)入性不好，需要定期檢査的缺點。目前對于鋁合金自潤滑改性的技術(shù)主要有制備鋁基合金自潤滑材料熔煉制備和鋁合金表面改性的方法。采用鋁基合金自潤滑材料熔煉制備的方法存在的弊端是材料中氣孔量大，而且這種方法不能從根本上解決鋁合金材料質(zhì)軟、易磨損的弱點。而在鋁合金表面改性的方法中，名稱為《多孔陽極氧化鋁膜的自潤滑處理方法》，公開號為CN1306070，公開日期為2007.03,21的中國發(fā)明專利和名稱為《自潤滑表面復(fù)合材料超聲波制備工藝》，公開號為CN1403633，公開日期為2003.03.19的中國發(fā)明專利公開了一種采用對鋁合金進(jìn)行陽極氧化，然后在生成的氧化膜的孔洞中進(jìn)行自潤滑處理的工藝方法，但這種工藝技術(shù)由于在陽極氧化的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，故不能很好地克服陽極氧化技術(shù)在鋁合金表面生成的膜層存在膜層較薄，顯微硬度低，耐磨性能低的缺點。所以開發(fā)一種能夠使鋁合金具有優(yōu)異耐磨減摩自潤滑性能的表面改性方法，具有重要的社會及經(jīng)濟(jì)意義。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的鋁合金易磨損，自潤滑工藝在鋁合金表面生成的膜層較薄、顯微硬度低、耐磨性能低的缺點，而提出的一種鋁合金表面高耐磨減摩自潤滑復(fù)合膜層的制備方法。本發(fā)明的步驟如下步驟一將去掉氧化膜的鋁合金置于220g/L的電解液中作為陽極，不銹鋼板作為陰極，控制電解液的溫度為1540°C;接通電源，調(diào)整峰值電壓在國200600V之間、正負(fù)相電流密度值為240A/dm2，頻率為50200Hz，通電反應(yīng)5200min;取出后用水清洗表面殘留物，自然干燥或在8010(TC下烘干；步驟二將通過上一步驟制的表面帶有陶瓷膜層的鋁合金置于聚四氟乙烯乳液中，在真空度為0.03Pa0.1MPa的環(huán)境下進(jìn)行真空抽吸1060min，使疏松多孔的材料內(nèi)部的空氣全部被抽走，聚四氟乙烯微納粒子滲透入疏松多孔材料內(nèi)部；然后進(jìn)行烘干，控制烘干溫度為100260°C，烘干時間為26h;烘干后取出自然冷卻。本發(fā)明的復(fù)合膜層具有厚度厚、硬度高、耐磨損、摩擦系數(shù)低和優(yōu)異的自潤滑性能。通過試驗得到以下的數(shù)據(jù)說明本發(fā)明的效果；摩擦磨損性能測試的摩擦副采用GCrl5軸承鋼球；復(fù)合膜層的結(jié)合強(qiáng)度在Instron5569電子萬能材料實驗機(jī)上進(jìn)行。本發(fā)明用微等離子氧化法和真空物理沉積，在鋁合金表面形成耐磨損性能、降低鋁合金表面摩擦系數(shù)的具有自潤滑性能的復(fù)合膜層，陶瓷膜層的總厚度達(dá)180jim，對軸承鋼的摩擦系數(shù)為0.135，180N高載荷150rev./min的轉(zhuǎn)速下磨損30min，失重率僅為0.1mg/min;復(fù)合膜層比鋁合金表面原位生成的陶瓷膜層又將耐微動磨損性能提高193倍，:復(fù)合膜層與基體的結(jié)合強(qiáng)度為20MPa28.6MPa。具體實施例方式具體實施方式一鋁合金表面高耐磨減摩自潤滑復(fù)合膜層的制備方法，它的步驟如下步驟一將去掉氧化膜的鋁合金置于220g/L的電解液中作為陽極，不銹鋼板作為陰極，控制電解液的溫度為1540。C;接通電源，調(diào)整峰值電壓在-M0600V之間、正負(fù)相電流密度值為240A/dm2，頻率為50200Hz，通電反應(yīng)5200min;取出后用水清洗表面殘留物，自然干燥或在幼100。C下烘干；步驟二將通過上一步驟制的表面帶有陶瓷膜層的鋁合金置于聚四氟乙烯乳液中，在真空度為0.03Pa0.1MPa的環(huán)境下進(jìn)行真空抽吸1060min，使疏松多孔的材料內(nèi)部的空氣全部被抽走，聚四氟乙烯微納粒子滲透入疏松多孔材料內(nèi)部；然后進(jìn)行烘干，控制烘干溫度為100260°C，烘干時間為26h;烘干后取出自然冷卻。陶瓷膜層的厚度范圍為20pm18(^m，對軸承鋼的摩擦系數(shù)為0.135;180N高載荷150reWmin的轉(zhuǎn)速下磨損30min失重率僅為0.1mg/min，復(fù)合膜層與基體的結(jié)合強(qiáng)度為20MPa28.6MPa。具體實施方式二本實施方式與具體實施方式一不同點在于電解液中的電解質(zhì)為以下一種或幾種物質(zhì)任意比混合鋁酸鹽、硅酸鹽、磷酸鹽、鎢酸鹽、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氟化鈉、氟化鉀、硼酸、檸檬酸、酒石酸、磷酸、草酸、硫酸。其它組成和步驟與具體實施方式一相同。具體實施方式三本實施方式與具體實施方式二不同點在于鋁酸鹽為鋁酸鉀、鋁酸鈉。其它組成和步驟與具體實施方式二相同。具體實施方式四本實施方式與具體實施方式二不同點在于硅酸鹽為硅酸鉀、硅酸鈉。其它組成和步驟與具體實施方式二相同。具體實施方式五本實施方式與具體實施方式二不同點在于磷酸鹽為磷酸鉀、磷酸鈉。其它組成和步驟與具體實施方式二相同。具體實施方式六本實施方式與具體實施方式二不同點在于鉤酸鹽為鴇酸鉀、鎢酸鈉。其它組成和步驟與具體實施方式二相同。具體實施方式七本實施方式與具體實施方式一不同點在于步驟一中氧化膜的去除采用化學(xué)出光前處理方式或用SiC砂紙打磨的方式。其它組成和步驟與具體實施方式一相同?；瘜W(xué)出光前處理方式去除氧化膜的過程為機(jī)械拋光—化學(xué)除油—熱水清洗—冷水清洗—化學(xué)拋光—熱水清洗—冷水清洗—出光—清洗—干燥，如表l所示表l鋁合金的除油、拋光和出光工藝參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>采用SiC砂紙去除氧化膜的方式的過程為首先用400目砂紙打磨lOmin，然后用800目砂紙打磨8min，再用1000目砂紙打磨4min，最后沖洗干凈，干燥后使用。具體實施方式八本實施方式與具體實施方式一不同點在于步驟二中聚四氟乙烯(PTFE)乳液中的聚四氟乙烯(PTFE)粒徑尺寸為100nm0.1^m。其它組成和步驟與具體實施方式一相同。具體實施方式九本實施方式與具體實施方式一的不同點在于步驟一將去掉氧化膜的LY12鋁合金置于8g/L鋁酸鈉或硅酸鈉電解液中作為陽極，不銹鋼板作為陰極，控制電解液的溫度為1540。C;接通電源，調(diào)整峰值電壓在-200600V之間、正負(fù)相電流密度值為240A/dm2,頻率為50Hz，通電反應(yīng)60min;取出后用水清洗表面殘留物，自然干燥或在80100°C下烘干；步驟二將表面帶有陶瓷膜層的鋁合金置于聚四氟乙烯乳液(PTFE)乳液中，在真空度為0.03Pa的環(huán)境下進(jìn)行真空抽吸30min;然后進(jìn)行烘干，控制烘干溫度為20(TC，烘干時間為3h;烘干后取出自然冷卻。陶瓷涂層的總厚度達(dá)40^im，對軸承鋼的摩擦系數(shù)為0.135;180N高載荷150rev7min的轉(zhuǎn)速下磨損30min失重率僅為0.1mg/min，復(fù)合膜層與基體的結(jié)合強(qiáng)度為28.6MPa。具體實施方式十本實施方式與具體實施方式六的不同點在于步驟一將去掉氧化膜的純鋁置于電解液作為陽極，其余步驟與具體實施方式六相同。陶瓷涂層的總厚度達(dá)30pm，對軸承鋼的摩擦系數(shù)為0.135，180N高載荷l50rev./min的轉(zhuǎn)速下磨損30min失重率僅為0.1mg/min，復(fù)合膜層與基體的結(jié)合強(qiáng)度為22MPa。具體實施方式十一本實施方式與具體實施方式六的不同點在于步驟一將去掉氧化膜的LC9.鋁合金置于電解液作為陽極，其余步驟與具體實施方式六相同。陶瓷涂層的總厚度達(dá)36pm，對軸承鋼的摩擦系數(shù)為0.135，180N高載荷150rev7min的轉(zhuǎn)速下磨損30min失重率僅為0.1mg/min，復(fù)合膜層與基體的結(jié)合強(qiáng)度為20MPa。具體實施方式十二本實施方式與具體實施方式六的不同點在于步驟一將去掉氧化膜的LF6鋁合金置于電解液作為陽極，其余步驟與具體實施方式六相同。陶瓷涂層的總厚度達(dá)35pm，對軸承鋼的摩擦系數(shù)為0.135，180N高載荷150rev7min的轉(zhuǎn)速下磨損30min失重率僅為0.1mg/min，復(fù)合膜層與基體的結(jié)合強(qiáng)度為20MPa。具體實施方式十三本實施方式與具體實施方式六的不同點在于步驟一將去掉氧化膜的LD10鋁合金置于電解液作為陽極，其余步驟與具體實施方式六相同。陶瓷涂層的總厚度達(dá)40pm，對軸承鋼的摩擦系數(shù)為0.135，180N高載荷150rev7min的轉(zhuǎn)速下磨損30min失重率僅為0.1mg/min，復(fù)合膜層與基體的結(jié)合強(qiáng)度為20MPa。具體實施方式十四本實施方式與具體實施方式六的不同點在于步驟一將去掉氧化膜的ZL201鋁合金置于電解液作為陽極，其余步驟與具體實施方式六相同。陶瓷涂層的總厚度達(dá)40pm，對軸承鋼的摩擦系數(shù)為0.135，180N高載荷150rev./min的轉(zhuǎn)速下磨損30min失重率僅為0.1mg/min，復(fù)合膜層與基體的結(jié)合強(qiáng)度為20MPa。具體實施方式十五本實施方式與具體實施方式一不同的是步驟三中的烘干時間為2小時，其他參數(shù)和步驟與具體實施方式一相同。陶瓷涂層的總厚度達(dá)175pm，對軸承鋼的摩擦系數(shù)為0.135，180N高載荷150rev./min的轉(zhuǎn)速下磨損30min失重率僅為0.1mg/min，復(fù)合膜層與基體的結(jié)合強(qiáng)度為20MPa。權(quán)利要求1、鋁合金表面高耐磨減摩自潤滑復(fù)合膜層的制備方法，其特征在于它的步驟如下步驟一將去掉氧化膜的鋁合金置于2～20g/L的電解液中作為陽極，不銹鋼板作為陰極，控制電解液的溫度為15～40℃；接通電源，調(diào)整峰值電壓在-200～600V之間、正負(fù)相電流密度值為2～40A/dm2，頻率為50～200Hz，通電反應(yīng)5～200min；取出后用水清洗表面殘留物，自然干燥或在80～100℃下烘干；步驟二將通過上一步驟制的表面帶有陶瓷膜層的鋁合金置于聚四氟乙烯乳液中，在真空度為0.03Pa～0.1MPa的環(huán)境下進(jìn)行真空抽吸10～60min，使疏松多孔的材料內(nèi)部的空氣全部被抽走，聚四氟乙烯微納粒子滲透入疏松多孔材料內(nèi)部；然后進(jìn)行烘干，控制烘干溫度為100～260℃，烘干時間為2～6h；烘干后取出自然冷卻。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金表面高耐磨減摩自潤滑復(fù)合膜層的制備方法，其特征在于電解液中的電解質(zhì)為以下一種或幾種物質(zhì)任意比混合鋁酸鹽、硅酸鹽、磷酸鹽、鎢酸鹽、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氟化鈉、氟化鉀、硼酸、擰檬酸、酒石酸、磷酸、草酸、硫酸。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋁合金表面高耐磨減摩自潤滑復(fù)合膜層的制備方法，其特征在于鋁酸鹽為鋁酸鉀、鋁酸鈉。4、根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋁合金表面高耐磨減摩自潤滑復(fù)合膜層的制備方法，其特征在于硅酸鹽為硅酸鉀、硅酸鈉。5、根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋁合金表面高耐磨減摩自潤滑復(fù)合膜層的制備方法，其特征在于硅酸鹽為磷酸鉀、磷酸鈉。6、根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋁合金表面高耐磨減摩自潤滑復(fù)合膜層的制備方法，其特征在于硅酸鹽為鎢酸鉀、鉤酸鈉。7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金表面高耐磨減摩自潤滑復(fù)合膜層的制備方法，其特征在于電源采用雙向脈沖電源。8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金表面高耐磨減摩自潤滑復(fù)合膜層的制備方法，其特征在于步驟一中氧化膜的去除采用化學(xué)出光前處理方式或用SiC砂紙打磨的方式。9、根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金表面高耐磨減摩自潤滑復(fù)合膜層的制備方法，其特征在于步驟二中的聚四氟乙烯乳液中的聚四氟乙烯粒徑尺寸為100nm0.1jom。全文摘要鋁合金表面高耐磨減摩自潤滑復(fù)合膜層的制備方法，它涉及鋁合金表面復(fù)合膜層的制備方法，它解決了現(xiàn)有的鋁合金易磨損，自潤滑工藝在鋁合金表面生成的膜層較薄、顯微硬度低、耐磨性能低的缺點。步驟如下1.將去掉氧化膜的鋁合金置于電解液中，控制電解液的溫度為15～40℃；接通電源，調(diào)整峰值電壓在-200～600V之間、正負(fù)相電流密度值為2～40A/dm²，頻率為50～200Hz，通電反應(yīng)5～200min；取出清洗，自然干燥或在80～100℃下烘干；2.再將鋁合金置于聚四氟乙烯乳液中，在真空度為0.03Pa～0.1MPa的環(huán)境下進(jìn)行真空抽吸10～60min，然后在100～260℃下烘干，烘干時間為2～6h；烘干后取出自然冷卻。本發(fā)明的復(fù)合膜層具有厚度厚、硬度高、耐磨損、摩擦系數(shù)低和優(yōu)異的自潤滑性能。文檔編號C25D11/18GK101307477SQ20081006391公開日2008年11月19日申請日期2008年1月25日優(yōu)先權(quán)日2008年1月25日發(fā)明者姜兆華,王志江,王福平申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)