專(zhuān)利名稱：鋁合金微等離子體電解氧化的電解液及其處理工藝的制作方法
鋁合金微等離子體電解氧化的電解液及其處理工藝技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明提供的是輕合金材料表面處理工藝改進(jìn)技術(shù)，具體地說(shuō)就是一種7075鋁合金表面微等離子體電解氧化陶瓷層納米添加劑的加入及性能影響的表面處理方法。
背景技術(shù)：
隨著航空、航天、軍工產(chǎn)品“輕量化”需求的快速發(fā)展，選用“輕合金”材料生產(chǎn)軍品零部件的趨勢(shì)越來(lái)越明顯，7XXX系超高強(qiáng)鋁合金是高端領(lǐng)域必不可少的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料。目前限制7XXX鋁合金進(jìn)一步應(yīng)用的一個(gè)重要瓶頸就是其較差的耐蝕性，國(guó)內(nèi)外對(duì)其提高耐蝕性的研究普遍重視，對(duì)其表面處理是鋁合金防腐蝕的重要途徑之一，完全可以克服鋁合金表面耐蝕性差的缺點(diǎn)。目前提高鋁合金表面耐蝕性的方法主要有陽(yáng)極氧化和等離子體電解氧化，陽(yáng)極氧化膜層薄，耐蝕性差，滿足不了高端領(lǐng)域?qū)δ臀g性的特殊要求，而取而代之的是更加先進(jìn)的等離子體電解氧化。
等離子體電解氧化(簡(jiǎn)稱ΡΕ0)，也稱微弧氧化，是近年來(lái)備受表面處理行業(yè)關(guān)注的一項(xiàng)新型的表面改性技術(shù)。國(guó)外美、德、俄、日等國(guó)對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的研究比較早，技術(shù)也比較成熟，而我國(guó)在該項(xiàng)技術(shù)上的研究也非常重視，國(guó)內(nèi)對(duì)鋁合金微等離子體氧化的研究主要集中在電參數(shù)、電解質(zhì)溶液的優(yōu)化上，通過(guò)納米添加劑來(lái)進(jìn)一步提高陶瓷層耐蝕性的研究尚比較罕見(jiàn)，嚴(yán)重制約了我國(guó)航空航天及國(guó)防技術(shù)的快速發(fā)展。本發(fā)明旨在優(yōu)化出一套微等離子體氧化納米添加劑的工藝參數(shù)，使納米添加劑填充到等離子體氧化膜層的放電通道微孔中，使其膜層獲得優(yōu)異的耐腐蝕性能，能夠克服航空航天經(jīng)常遭受的嚴(yán)重腐蝕的極端惡劣的環(huán)境，使7075鋁合金微等離子體氧化技術(shù)廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，對(duì)推動(dòng)鋁產(chǎn)業(yè)在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用具有深遠(yuǎn)意義。微等離子體氧化技術(shù)和工藝的研究有著極其重要的軍事價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于在國(guó)內(nèi)外研究開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)上針對(duì)鋁合金提出一種表面微等離子體納米添加劑的工藝方案，利用本發(fā)明的溶液配方及電參數(shù)處理工藝，能在鋁合金(如 7075鋁合金)表面形成含有納米添加劑的保護(hù)膜，該保護(hù)膜致密完整，具有陽(yáng)極氧化無(wú)法比擬的耐蝕性。且與基體結(jié)合牢固，屬冶金結(jié)合。能夠滿足航空航天等高端領(lǐng)域?qū)︿X合金耐蝕性的要求，應(yīng)用前景廣闊。
本發(fā)明提供的用于鋁合金微等離子體電解氧化電解液，每升中含NaAlO2濃度6 15g> NaOHl 3g,雙氧水2 5ml、納米B4C顆粒I 5g和三乙醇胺4 10ml。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明電解液組分里未加入H3BO3,因H3BO3加入到NaAlO2組成的溶液體系里后，會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生沉淀。
同時(shí)，本發(fā)明提供的電解液組分里含三乙醇胺，三乙醇胺的加入主要是抑制大弧點(diǎn)的產(chǎn)生，使弧光放電出現(xiàn)的時(shí)間延長(zhǎng)，提高膜層綜合性能。
本發(fā)明加入雙氧水，為微等離子體電解氧化提供充足的氧源，使反應(yīng)更加充分，生成更多的A1203。
本發(fā)明加入NaOH，一方面增加溶液的導(dǎo)電性，另一方面調(diào)節(jié)溶液的PH值，NaOH濃度過(guò)高或過(guò)低，都會(huì)對(duì)膜層產(chǎn)生很大的影響，NaOH濃度過(guò)高，堿性太強(qiáng)，會(huì)對(duì)膜層產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞作用，NaOH濃度過(guò)低，電導(dǎo)率降低，溶液的導(dǎo)電性下降，電壓會(huì)急劇上升，對(duì)膜層有燒蝕作用。
納米B4C顆粒粒度為I 3 μ m。當(dāng)分散到電解液里時(shí)，隨著反應(yīng)過(guò)程中放電微孔的不斷產(chǎn)生，氧化鋁在放電通道周?chē)鷷?huì)迅速凝固，放電通道產(chǎn)生的微孔直徑一般為5±1 μ m， 納米B4C顆粒隨之也進(jìn)入微孔中，被熔融的氧化鋁所凝固，使放電微孔數(shù)量大大變少，進(jìn)而提聞其耐蝕性。
本發(fā)明提供的鋁合金微等離子體電解氧化電解的步驟如下
試樣前處理、打磨、除油、乙醇清洗、水清洗、烘干、加入電解液電解、水清洗和烘干。
在采用本發(fā)明電解液對(duì)鋁合金表面進(jìn)行處理前，需要對(duì)鋁合金進(jìn)行前處理。本發(fā)明前處理采用的是鎂合金微弧氧化前處理工藝。其全流程工藝條件如下
1.堿洗
在鋁合金表面施以鎂及鎂合金的脫脂劑(如牌號(hào)為S-0717)，溫度40 55°C，處理時(shí)間5 10分鐘；放進(jìn)水洗槽水洗；
2.酸洗
乳酸(用量為200 250g/L)和其他少量的酸(如酒石酸，用量為100 120g/ L)，溫度40 50°C，處理時(shí)間20 40秒鐘；放進(jìn)水洗槽水洗；
3.堿蝕
氫氧化鈉+硝酸鈉(氫氧化鈉為120 150g/L,硝酸鈉為25 35g/L),溫度80 90°C，處理時(shí)間5 10分鐘；放進(jìn)水洗槽水洗；
4.水洗
兩次水洗均在室溫下進(jìn)行，水洗時(shí)間為2 3分鐘，確保附著在鋁合金表面的雜物及化學(xué)藥品完全清除。第一次水洗采用的是日用水，第二次水洗采用的是去離子水，以去除雜質(zhì)離子，進(jìn)而降低成本。
5.烘干
烘箱溫度為100± 10°C，烘干時(shí)間為30 40分鐘。
本發(fā)明采用上述處理工藝，以確保有效清除鋁合金表面的氧化皮、夾雜等贓物，得到潔凈的表面，為后續(xù)微等離子體氧化的質(zhì)量創(chuàng)造了良好的前提條件。其中酸洗采用的是乳酸和少量其他的酸，既能抑制鋁合金表面過(guò)腐蝕，又能將鋁合金表面的雜物清除掉，堿蝕采用的是氫氧化鈉和硝酸鈉所配制的強(qiáng)堿性的混合溶液，能有效清除酸洗后沾附在鋁合金表面的酸洗產(chǎn)物。
本發(fā)明提供的電解液，鋁合金等離子體電解氧化陶瓷膜表面產(chǎn)生的微孔有明顯的封孔作用，添加納米添加劑的試樣和未添加納米添加劑的試樣耐蝕性試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果有較大的差別，添加納米添加劑的試樣耐蝕性明顯好于未添加納米添加劑的試樣,納米添加劑的加入，可以大大提高等離子體電解氧化陶瓷層的耐蝕性。


圖1是為本發(fā)明電解液對(duì)鋁合金表面等離子體氧化處理的工藝流程；
圖2是本發(fā)明鋁合金表面處理形成的陶瓷膜表面及截面形貌；圖2(a)和圖2(b) 分別是放大500倍后未加B4C和加入B4C等離子體電解氧化陶瓷層的表面形貌；圖2(c)和圖2(d)分別是放大5000倍后未加B4C和加入B4C等離子體電解氧化陶瓷層的表面形貌；從圖2 (e)和圖2 (f)分別是放大5000倍后未加B4C和加入B4C所得的鋁合金表面陶瓷層截面的形貌；
圖3是本發(fā)明鋁合金陶瓷氧化膜72小時(shí)5%的NaCl中性鹽霧試驗(yàn)后處理形貌； 圖3 (a)為未加B4C納米顆粒72小時(shí)5%的NaCl中性鹽霧試驗(yàn)后處理形貌，圖3 (b)為加入 B4C納米顆粒72小時(shí)5%的NaCl中性鹽霧試驗(yàn)后處理形貌。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
本發(fā)明形成的含納米添加劑的陶瓷膜層的性能及檢測(cè)依據(jù)如下表I
表I
權(quán)利要求
1.一種鋁合金微等離子體電解氧化的電解液，每升中含NaAlO2濃度6 15g、Na0Hl 3g，雙氧水2 5ml、納米B4C顆粒I 5g和三乙醇胺4 10ml。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金微等離子體電解氧化電解液，其特征是所述的納米 B4C顆粒粒度為I 3 μ m。
3.—種鋁合金微等離子體電解氧化電解的步驟如下試樣前處理、打磨、除油、乙醇清洗、水清洗、烘干、加入權(quán)利要求1所述的電解液電解、 水清洗和烘干。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種鋁合金微等離子體電解氧化的電解液，每升中含NaAlO2濃度6～15g、NaOH1～3g，雙氧水2～5ml、納米B4C顆粒1～5g和三乙醇胺4～10ml。本發(fā)明電解液處理鋁合金等離子體電解氧化陶瓷膜表面產(chǎn)生的微孔有明顯的封孔作用，添加納米添加劑的試樣和未添加納米添加劑的試樣耐蝕性試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果有較大的差別，添加納米添加劑的試樣耐蝕性明顯好于未添加納米添加劑的試樣，納米添加劑的加入，可以大大提高等離子體電解氧化陶瓷層的耐蝕性。
文檔編號(hào)C25D11/06GK103060877SQ20131001746
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2013年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月8日
發(fā)明者苗景國(guó), 陳秋榮, 郝康達(dá), 沈鈺, 范松巖, 鄭金杰 申請(qǐng)人:嘉興中科亞美合金技術(shù)有限責(zé)任公司