一種用于制備n摻雜微弧氧化陶瓷層的電解液的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋁合金的表面處理，特指一種用于鋁合金零件的耐磨、耐蝕表面處理方法，具體地，為一種用于制備N(xiāo)摻雜微弧氧化陶瓷層的電解液。
【背景技術(shù)】
[0002]鋁及其合金因質(zhì)輕、比強(qiáng)度高、導(dǎo)電(熱)性好等優(yōu)點(diǎn)而成為輕量化制造的主要材料。由于鋁及其合金本身的耐磨性、耐腐性等性能的不足，限制了它更廣泛的應(yīng)用。
[0003]微弧氧化(Mi croarc Ox i dat i on )又稱(chēng)等離子體微弧氧化(Mi crop I asmaOxidat1n)，是一種綠色環(huán)保、效果良好的表面處理技術(shù)，就是將Al或其合金置于電解質(zhì)水溶液中，在高溫高壓、熱化學(xué)、等離子體化學(xué)和電化學(xué)等共同作用下使材料的表面產(chǎn)生火花放電斑點(diǎn)生成陶瓷膜層的方法。它使電化學(xué)生成的氧化膜經(jīng)過(guò)微等離子體的高溫高壓作用發(fā)生相和結(jié)構(gòu)的變化，從而使無(wú)序結(jié)構(gòu)的氧化膜變成含有一定結(jié)晶態(tài)的a- Al2 O3相(也稱(chēng)剛玉)和γ- Al2 O3相的致密陶瓷膜，微弧氧化生產(chǎn)的陶瓷膜具有極高的硬度、耐磨性和耐腐蝕性。
[0004]對(duì)鋁合金進(jìn)行微弧氧化處理能大大拓寬鋁合金的應(yīng)用范圍，而微弧氧化膜層的質(zhì)量又直接影響到其應(yīng)用性能。目前，通常采用電解液組成和電參數(shù)工藝(例如:微弧氧化施加的電壓、氧化時(shí)間、電流密度、占空比、頻率等參數(shù))的優(yōu)化組合，獲得具有一定厚度的陶瓷層。
[0005]陶瓷層結(jié)構(gòu)由疏松層、致密層組成，膜層的耐蝕、耐磨性是由致密層的厚度決定的，而不是由微弧氧化膜的厚度決定的。陶瓷層的厚度主要受電壓、電流密度和時(shí)間的控制。增加施加的電壓，微弧氧化膜厚度增加速率快;氧化時(shí)間延長(zhǎng)，也能在一定程度上增加陶瓷膜層的厚度，但與時(shí)間不成正比例關(guān)系。提高施加電壓，一方面受到微弧氧化設(shè)備性能的限制，另一方面，過(guò)高的施加電壓，會(huì)降低氧化膜層的性能；同時(shí)，微弧氧化過(guò)長(zhǎng)時(shí)間越長(zhǎng)，增加氧化膜層的粗糙度。陶瓷層厚度過(guò)大，對(duì)零件外形尺寸改變較大，影響諸如后續(xù)的裝配，表面粗糙度高，影響外觀質(zhì)量，上述這些不足都影響了微弧氧化陶瓷層的進(jìn)一步應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決微弧氧化技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明提供了一種用于制備N(xiāo)摻雜微弧氧化陶瓷層的電解液，以及利用該電解液在鋁合金表面進(jìn)行表面處理獲得含氮的微弧氧化陶瓷層，提高鋁合金的表面性能。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種用于制備N(xiāo)摻雜微弧氧化陶瓷層的電解液，所述的電解液中含有10_25ml/L的有機(jī)堿。
[0008]所述的有機(jī)堿為三乙胺。
[0009]本發(fā)明在微弧氧化的電解液中添加一定量的三乙胺，在制備過(guò)程中用吹空氣對(duì)電解液進(jìn)行攪拌，為減少三乙胺的揮發(fā)，需在微弧氧化電解槽上面加蓋子，保證電解液中三乙胺穩(wěn)定的維持在一定濃度。
[0010]所述的電解液可以在本領(lǐng)域常規(guī)用于微弧氧化陶瓷層的電解液中添加三乙胺得至IJ，優(yōu)先的，本發(fā)明所述的電解液組成如下:
NaOH1.0~1.5g/L
Na2S1312.0~16.0g/L
NaF0.5-1.0 g/L
三乙胺10-25ml/L
溶劑為蒸餾水。
[0011 ]更為優(yōu)先的，所述的電解液組成如下:
NaOHI.2g/L
Na2S1315 g/L
NaF0.7 g/L
三乙胺15ml/L
溶劑為蒸餾水。
[0012]或者，所述電解液組成如下:
KOH2.0-3.5g/L
Na2S139.0~15g/L
三乙胺10-25ml/L
溶劑為蒸餾水。
[0013]更為優(yōu)先的，所述的電解液組成如下:
KOH3.0g/L
Na2S1312 g/L
三乙胺18ml/L
溶劑為蒸餾水。
[0014]或者，所述電解液組成如下:
KOH2.5-4.0g/L
Na3PO430-40g/L
三乙胺10-25ml/L
NaF0.5-1.0 g/L
溶劑為蒸餾水。
[0015]更為優(yōu)先的，所述的電解液組成如下:
KOH3.0g/L
Na3P0435g/L
三乙胺15ml/L
NaF0.8 g/L
溶劑為蒸餾水。
[0016]本發(fā)明所述用于微弧氧化制備N(xiāo)摻雜微弧氧化陶瓷層的電解液，所述的含氮微弧氧化陶瓷層通常指鋁合金表面實(shí)施的陶瓷層。本發(fā)明所述的鋁合金通常是指2A12、6061、6063等常用鋁合金。
[0017]本發(fā)明還涉及利用前述電解液對(duì)鋁合金表面進(jìn)行處理的方法，所述方法包括:采用雙脈沖微弧氧化設(shè)備，以鋁合金為陽(yáng)極浸沒(méi)在所述的電解液中，以不銹鋼容器為陰極，控制施加正電壓為400-500V，負(fù)電壓為60-120V，在微弧氧化時(shí)，采用先恒流后恒壓的模式，恒流階段的電流密度為20-25A/dm2，時(shí)間為I?2min。微弧氧化時(shí)間為40-60min，得到表面覆蓋含氮的陶瓷層的鋁合金。
[0018]本發(fā)明的有益效果:I)制備的陶瓷層具有優(yōu)異的耐腐蝕性能;2)制備的陶瓷層表面較光滑，粗糙度小。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1微弧氧化膜層表面形貌，其中，圖a為電解液中未添加三乙胺，圖b為電解液中添加三乙胺；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例1電解液中添加三乙胺時(shí)，微弧氧化膜層表面的X射線(xiàn)衍射圖譜；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例1微弧氧化膜層的極化曲線(xiàn)比較圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為進(jìn)一步揭示本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式: 實(shí)施例1
采用2A12鋁合金為基體材料，電解液組成為:NaOH 1.2g ,Na2S13 15 g，NaF 0.7 g，三乙胺15ml，蒸餾水1L。采用30kW雙脈沖微弧氧化設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)正電壓400V，負(fù)電壓60V，正電壓頻率300 Hz;負(fù)電壓頻率100 Hz ;正電壓占空比為50%;負(fù)電壓占空比為30%;微弧氧化時(shí)間為40min。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，保持溶液溫度在5°C左右。在微弧氧化時(shí)，采用先恒流后恒壓的模式，恒流階段的電流密度為20A/dm，時(shí)間為2min。
[0021]經(jīng)對(duì)比實(shí)驗(yàn)觀察，電解液中未添加三乙胺時(shí)，鋁合金表面微弧氧化陶瓷層表面粗糙、孔隙率高(如圖1a所示)，而經(jīng)本發(fā)明的工藝處理后得到的微弧氧化膜層表面平整、光滑和低的孔隙率(如圖1b所示)。
[0022]采用X射線(xiàn)衍射儀(Bruker D8 Advance)對(duì)陶瓷層結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，陶瓷層的相組成見(jiàn)圖2;采用電化學(xué)工作站(PARSTAT 2273 )進(jìn)行耐腐蝕性能測(cè)試，極化曲線(xiàn)如圖3所示。
[0023]實(shí)施例2
采用2A12鋁合金為基體材料，電解液組成為:NaOH Ig^Na2S13 12g，NaF 0.5g，三乙胺10ml，蒸餾水1L。采用與實(shí)施例1相同的方法，利用所述電解液對(duì)2A12鋁合金表面進(jìn)行處理，得到表面覆蓋含氮陶瓷層的鋁合金。
[0024]實(shí)施例3
采用2A12鋁合金為基體材料，電解液組成為:NaOH 1.5g,Na2S13 16g，NaF lg，三乙胺25ml，蒸餾水1L。采用與實(shí)施例1相同的方法，利用所述電解液對(duì)2A12鋁合金表面進(jìn)行處理，得到表面覆蓋含氮陶瓷層的鋁合金。
[0025]實(shí)施例4
采用6061鋁合金為基體材料，電解液組成為:KOH 3.0g,Na2S13 12 g，三乙胺18ml，蒸餾水1L。采用30kW雙脈沖微弧氧化設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)正電壓500V，負(fù)電壓120V，正電壓頻率500 Hz ;負(fù)電壓頻率300 Hz;正電壓占空比為55%;負(fù)電壓占空比為45%;微弧氧化時(shí)間為60min。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，保持溶液溫度在5°C左右。在微弧氧化時(shí)，采用先恒流后恒壓的模式，恒流階段的電流密度為25A/dm，時(shí)間為Imin。
[0026]實(shí)施例5
采用6061鋁合金為基體材料，電解液組成為:KOH 2.0g,Na2S13 9g，三乙胺1ml，蒸餾水1L。采用與實(shí)施例4相同的方法，利用所述電解液對(duì)6061鋁合金表面進(jìn)行處理，得到表面覆蓋含氮陶瓷層的鋁合金。
[0027]實(shí)施例6
采用6061鋁合金為基體材料，電解液組成為:KOH 3.5g,Na2S13 15g，三乙胺25ml，蒸餾水1L。采用與實(shí)施例4相同的方法，利用所述電解液對(duì)6061鋁合金表面進(jìn)行處理，得到表面覆蓋含氮陶瓷層的鋁合金。
[0028]實(shí)施例7
采用6063鋁合金為基體材料，電解液組成為:KOH 3.0g,Na3PO4 35g，三乙胺15ml，NaF
0.8 g，蒸餾水1L。采用30kW雙脈沖微弧氧化設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)正電壓450V，負(fù)電壓100V，正電壓頻率400 Hz;負(fù)電壓頻率200 Hz;正電壓占空比為50%;負(fù)電壓占空比為40%;微弧氧化時(shí)間為50min。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，保持溶液溫度在5°C左右。在微弧氧化時(shí)，采用先恒流后恒壓的模式，恒流階段的電流密度為20A/dm，時(shí)間為2min。
[0029]實(shí)施例8
采用6063鋁合金為基體材料，電解液組成為:KOH 2.5g,Na3PO4 30g，三乙胺1ml，NaF
0.5g，蒸餾水1L。采用與實(shí)施例7相同的方法，利用所述電解液對(duì)6063鋁合金表面進(jìn)行處理，得到表面覆蓋含氮陶瓷層的鋁合金。
[0030]實(shí)施例9
采用6063鋁合金為基體材料，電解液組成為:KOH 4g,Na3PO4 40g，三乙胺25ml，NaFlg，蒸餾水1L。采用與實(shí)施例7相同的方法，利用所述電解液對(duì)6063鋁合金表面進(jìn)行處理，得到表面覆蓋含氮陶瓷層的鋁合金。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于制備N(xiāo)摻雜微弧氧化陶瓷層的電解液，其特征在于，所述電解液組成如下: NaOH1.0~1.5g/L Na2S1312.0~16.0g/L NaF0.5-1.0 g/L 三乙胺10-25ml/L 溶劑為蒸餾水。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，其特征在于，所述電解液組成如下: NaOH1.2g/L Na2S1315 g/L NaF0.7 g/L 三乙胺15ml/L 溶劑為蒸餾水。3.—種用于制備N(xiāo)摻雜微弧氧化陶瓷層的電解液，其特征在于，所述電解液組成如下: KOH2.0~3.5g/L Na2S139.0~15g/L 三乙胺10-25ml/L 溶劑為蒸餾水。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電解液，其特征在于，所述電解液組成如下: KOH3.0g/L Na2S1312 g/L 三乙胺18ml/L 溶劑為蒸餾水。5.—種用于制備N(xiāo)摻雜微弧氧化陶瓷層的電解液，其特征在于，所述電解液組成如下: KOH2.5-4.0g/L Na3PO430-40g/L 三乙胺10-25ml/L NaF0.5-1.0 g/L 溶劑為蒸餾水。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電解液，其特征在于，所述電解液組成如下: KOH3.0g/L Na3P0435g/L 三乙胺15ml/L NaF0.8 g/L 溶劑為蒸餾水。7.利用如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的電解液對(duì)鋁合金表面進(jìn)行微弧氧化處理的工藝，所述的工藝包括:采用雙脈沖微弧氧化設(shè)備，以鋁合金為陽(yáng)極浸沒(méi)在所述的電解液中，以不銹鋼容器為陰極，控制施加正電壓為400-500V，負(fù)電壓為60-120V，在微弧氧化時(shí)，采用先恒流后恒壓的模式，恒流階段的電流密度為20-25A/dm2，時(shí)間為I?2min;微弧氧化時(shí)間為40-60min，得到表面覆蓋含氮的陶瓷層的鋁合金。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及鋁合金的表面處理，特指一種用于鋁合金零件的耐磨、耐蝕表面處理方法，具體地，為一種用于制備N(xiāo)摻雜微弧氧化陶瓷層的電解液。本發(fā)明針對(duì)鋁合金為材質(zhì)的零件，采用微弧氧化技術(shù)，在鋁合金表面制備耐磨、耐蝕的陶瓷層。電解液中添加三乙胺后，微弧氧陶瓷層的耐腐蝕性能比未添加時(shí)，自腐蝕電流降低2個(gè)數(shù)量級(jí)，比基體合金降低了4個(gè)數(shù)量級(jí)。
【IPC分類(lèi)】C25D11/06
【公開(kāi)號(hào)】CN105714354
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610159875
【發(fā)明人】王紅星, 白允強(qiáng), 毛向陽(yáng), 薛亞軍, 施超, 王濤, 譚國(guó)源
【申請(qǐng)人】南京工程學(xué)院