本發(fā)明屬于功能氧化物陶瓷涂層及核聚變技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種氧化鉻-氧化鋁復(fù)合涂層及其制備方法。
背景技術(shù):
核聚變反應(yīng)裝置在實際設(shè)計過程中要考慮到氚向環(huán)境滲透的問題,氚透過結(jié)構(gòu)材料向外滲透不僅會導(dǎo)致氚的損失,同時引起放射性危害,還會因其同位素易燃、易爆而引發(fā)安全問題,因此在結(jié)構(gòu)材料表面制備阻氚涂層是解決氚包容容器中氚滲透的有效措施之一。金屬氧化物涂層是一種良好的功能陶瓷材料,既具有阻氚滲透的功能,又具有防腐蝕的功能。
常見的具有上述功能的金屬氧化物有:cr2o3、y2o3、er2o3、al2o3、sio2等。al2o3具有多種相結(jié)構(gòu),其中α-al2o3相最為致密、穩(wěn)定,是一種良好的阻氚滲透涂層候選材料。但是,金屬基體與氧化物間存在較大的熱脹系數(shù)差異,容易產(chǎn)生熱失配問題進(jìn)而導(dǎo)致氧化物涂層脫落。同時,在核聚變反應(yīng)裝置中,氚容器通常具有管狀通道,因此,需要在管狀基體的內(nèi)壁上進(jìn)行涂層的制備。相對于平面或外表面的涂層制備,內(nèi)壁涂層更不易結(jié)合牢固、不易制備均勻。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是通過本發(fā)明針對現(xiàn)有復(fù)合涂層制備工藝中存在的不足,主要解決的技術(shù)問題為在金屬管內(nèi)壁獲得氧化鉻-氧化鋁復(fù)合氧化物涂層。將化學(xué)電鍍、熔鹽電沉積和微弧氧化技術(shù)相結(jié)合,尋找合適的制備工藝參數(shù),獲得具有過渡層的復(fù)合氧化物阻氚涂層,該涂層均勻、致密、孔隙率低、與基體結(jié)合能力較好,且該涂層具有良好的機械性能和熱穩(wěn)定性能。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面,提供了一種氧化鉻-氧化鋁復(fù)合涂層,所述氧化鉻-氧化鋁復(fù)合涂層位于管狀金屬基體內(nèi)壁,所述氧化鉻-氧化鋁復(fù)合涂層從內(nèi)向外依次為:cucr/(al,cr)2o3/al2o3,厚度為10-40μm。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面,還提供了一種氧化鉻-氧化鋁復(fù)合涂層的制備方法,所述方法包括如下步驟:
在管狀金屬基體內(nèi)壁化學(xué)電鍍鉻;
在鍍鉻的所述管狀金屬基體內(nèi)壁熔鹽電沉積鋁;
將所述鍍鉻及沉積鋁的管狀金屬基體進(jìn)行微弧氧化,得到氧化鉻-氧化鋁復(fù)合涂層。
上述方案中,所述在管狀金屬基體內(nèi)壁化學(xué)電鍍鉻,進(jìn)一步為:
配置的鍍鉻溶液ph調(diào)節(jié)在2.5-3.5之間,溫度保持在25-45℃范圍內(nèi),電源采用直流電,電鍍過程中電流密度為30-50a/dm2,頻率為1000hz,時間為10-60min。
上述方案中,所述在鍍鉻的管狀金屬基體內(nèi)壁熔鹽電沉積鋁,進(jìn)一步為:
將所述管狀金屬基體放入到nacl-kcl-alcl3三元系無機熔鹽中進(jìn)行熔鹽電鍍,溫度控制在160-220℃之間,金屬管為陰極,純度高于99.9%的工業(yè)純鋁條為陽極,采用直流與脈沖相結(jié)合的方式進(jìn)行電沉積純鋁,直流電電流密度30-50a/dm2,頻率1000hz,時間1-2h;脈沖電源電流密度50-100a/dm2,頻率1000hz,時間10-20h,占空比80%。
上述方案中,所述將所述鍍鉻及沉積鋁的管狀金屬基體進(jìn)行微弧氧化,得到氧化鉻-氧化鋁復(fù)合涂層,進(jìn)一步為:
將具有鉻-鋁復(fù)合涂層所述管狀金屬基體放置在配置好的微弧氧化溶液中進(jìn)行氧化,先將硅酸鈉、氫氧化鉀、氟化鉀、丙三醇、偏釩酸銨等按比例配制成ph為8-10的溶液,溫度控制在20-60℃,電參數(shù)為正向電壓400-450v,頻率300-500hz,正、負(fù)占空比分別是30%和20%,處理時間為10-30min,在管狀金屬基體的內(nèi)壁獲得均勻致密、孔隙率低的氧化鉻-氧化鋁復(fù)合涂層。
上述方案中,所述管狀金屬基體為外徑20-30mm,內(nèi)徑16-26mm的銅管。
本發(fā)明具有如下有益效果:
本發(fā)明實施例的氧化鉻-氧化鋁復(fù)合涂層,位于管狀金屬銅基體內(nèi)壁,所述復(fù)合涂層從內(nèi)向外依次為:cucr/(al,cr)2o3/al2o3,厚度為10-40μm。所述制備方法結(jié)合了化學(xué)電鍍鉻、熔鹽電沉積鋁及微弧氧化技術(shù),使三種不同的金屬存在至少兩種兩相涂層,分別為cu-cr涂層和cr-al涂層,隨著氧化反應(yīng)的進(jìn)行,在金屬銅基體與內(nèi)壁的al2o3之間會形成cucr/(al,cr)2o3過渡層,所述過渡層厚度在3-5μm之間,具有梯度的功能,可以有效提高不同涂層的結(jié)合能力,有效降低由于熱失配而導(dǎo)致的氧化物脫落問題,所制備的氧化鉻-氧化鋁復(fù)合涂層,成分均勻,與管內(nèi)壁結(jié)合緊密,不易脫落,高溫機械性能穩(wěn)定。將所述氧化鉻-氧化鋁復(fù)合涂層應(yīng)用在核聚變阻氚領(lǐng)域,可以有效阻止氚滲透,且具有較長的使用壽命。
附圖說明
圖1為本發(fā)明實施例1氧化鉻-氧化鋁復(fù)合涂層制備方法流程圖。
圖2為本發(fā)明實施例1的熔鹽電沉積鋁裝置示意圖。
圖3為本發(fā)明實施例1的鉻-鋁復(fù)合涂層的xrd圖譜。
圖4為本發(fā)明實施例1的氧化鉻-氧化鋁復(fù)合涂層的xrd圖譜。
圖5為本發(fā)明實施例1的鍍鉻樣品微觀形貌。
圖6為本發(fā)明實施例1的鉻-鋁復(fù)合涂層的sem。
圖7為本發(fā)明實施例1氧化鉻-氧化鋁復(fù)合涂層的sem。
圖8為本發(fā)明實施例1氧化鉻-氧化鋁復(fù)合涂層側(cè)切面sem。
圖9為本發(fā)明實施例1氧化鉻-氧化鋁復(fù)合涂層的eds分析結(jié)果,(a)為分析時選取的范圍,標(biāo)記為001;(b)對應(yīng)截取范圍001的eds元素分析圖。
圖10為本發(fā)明實施例1氧化鉻-氧化鋁復(fù)合涂層納米劃痕結(jié)合力測試結(jié)果。
具體實施方式
通過參考示范性實施例,本發(fā)明技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點將得以闡明。然而,本發(fā)明并不受限于以下所公開的示范性實施例;可以通過不同形式來對其加以實現(xiàn)。說明書的實質(zhì)僅僅是幫助相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員綜合理解本發(fā)明的具體細(xì)節(jié)。
本發(fā)明針對現(xiàn)有復(fù)合涂層制備工藝中存在的不足,主要解決的技術(shù)問題為在金屬管內(nèi)壁獲得氧化鉻-氧化鋁復(fù)合氧化物涂層。將化學(xué)電鍍、熔鹽電沉積和微弧氧化技術(shù)相結(jié)合,尋找合適的制備工藝參數(shù),獲得具有過渡層的復(fù)合氧化物阻氚涂層,該涂層均勻、致密、孔隙率低、與基體結(jié)合能力較好,且該涂層具有良好的機械性能和熱穩(wěn)定性能。
本發(fā)明以銅基體為例,在管狀金屬銅內(nèi)壁上進(jìn)行涂層的涂覆。在金屬銅基體與al2o3氧化物涂層間引入金屬鉻層,形成cucr/(al,cr)2o3梯度功能過渡層,可以有效阻止氚滲透,而且顯著提高了氧化物涂層與金屬基體的結(jié)合性能。
在金屬基體上制備鉻或鋁涂層的方法有很多,常見方法包括:cvd(化學(xué)氣相沉積)、vps(真空等離子噴涂)、eca(電化學(xué)沉積)等,其中針對金屬鋁的制備還有pc(包埋滲鋁)及had(熱浸鋁)等方法。
管狀金屬內(nèi)壁結(jié)構(gòu)較平面或外表面更加復(fù)雜性,要獲得氧化物涂層的均勻性及制備工藝的穩(wěn)定性,本發(fā)明采用在溶液中電鍍金屬鉻,然后在無機熔鹽中電沉積金屬鋁,得到鉻-鋁復(fù)合涂層。電鍍金屬鉻過程中,調(diào)節(jié)溶液的ph、溫度、時長以及電參數(shù),控制金屬鉻的形貌及厚度。本發(fā)明實施例中獲得的金屬鉻為光亮鉻或灰白鉻。熔鹽電鍍分為無機熔鹽體系和有機熔鹽體系,本發(fā)明實施例中采用nacl-kcl-alcl3三元系無機熔鹽并將直流與脈沖電流相結(jié)合的方法制備純鋁涂層。熔鹽電沉積鋁的過程中溫度較高且時間較長,這對于雙層復(fù)合材料來說相當(dāng)于低溫?zé)崽幚?,且過程中伴隨著反應(yīng)擴散。兩種不同的金屬在一定溫度下相互接觸時,會以單質(zhì)形式向?qū)Ψ交w擴散,形成固溶合金相界面,長時間熱處理會形成合金固溶體層。本發(fā)明中三種不同的金屬存在至少兩種兩相涂層,分別為cu-cr涂層和cr-al涂層,隨著氧化反應(yīng)的進(jìn)行,在金屬銅基體與內(nèi)壁的al2o3之間會形成cucr/(al,cr)2o3過渡層,所述過渡層厚度在3-5μm之間,具有梯度的功能,可以有效提高不同涂層的結(jié)合能力,有效降低由于熱失配而導(dǎo)致的氧化物脫落問題。因此,采用化學(xué)電鍍及熔鹽電沉積法,可以在金屬管內(nèi)壁要想獲得均勻致密、結(jié)合力良好的涂層。
微弧氧化是在陽極氧化基礎(chǔ)上發(fā)展起來的純鋁(或鋁合金)表面改性技術(shù)。它使電化學(xué)生成的氧化膜在高溫高壓下發(fā)生相和結(jié)構(gòu)的變化,這不僅會導(dǎo)致氧化膜更加致密,而且硬度及耐磨性也大大提高。當(dāng)純鋁涂層表面施加的電壓超過一定范圍時,氧化鋁涂層會被擊穿并伴隨輝光放電、微弧及火花放電等現(xiàn)象。輝光放電形成溫度比較低,對氧化膜結(jié)構(gòu)影響不大;火花放電溫度很高,會使純鋁表面融化并發(fā)射出大量離子,進(jìn)而導(dǎo)致表面凹坑或麻點等嚴(yán)重的質(zhì)量缺陷;只有微弧區(qū)的溫度適中,既可以使氧化膜的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,又不破壞材料表面。微弧直徑一般在幾個微米到幾十個微米,本發(fā)明實施例采用微弧氧化技術(shù),在10-40μm的鉻-鋁復(fù)合涂層上得到均勻、致密、缺陷較少的氧化物涂層。
本發(fā)明實施例的氧化鉻-氧化鋁復(fù)合涂層,位于管狀金屬銅基體內(nèi)壁,所述復(fù)合涂層從內(nèi)向外依次為:cucr/(al,cr)2o3/al2o3,厚度為10-40μm。該涂層成分分布均勻,與管內(nèi)壁結(jié)合緊密,不易脫落,有效的解決了熱失配導(dǎo)致的氧化物脫落,與基體具有良好的結(jié)構(gòu)相容性,高溫機械性能穩(wěn)定。將所述氧化鉻-氧化鋁復(fù)合涂層應(yīng)用在核聚變阻氚領(lǐng)域,可以有效阻止氚滲透,且具有較長的使用壽命。
本發(fā)明實施例通過下述過程制備所述氧化鉻-氧化鋁復(fù)合涂層:
首先在金屬管的內(nèi)壁,通過化學(xué)電鍍的方式,鍍一層厚度在3-5μm的金屬鉻,電源采用直流電,配置的鍍鉻溶液ph調(diào)節(jié)在2.5-3.5之間,溫度保持在25-45℃范圍內(nèi),該涂層具有銀色金屬光澤,由于ph的影響有時會呈現(xiàn)出灰白色,涂層均勻、致密,無漏鍍、燒蝕的現(xiàn)象。電鍍過程中電流密度為30-50a/dm2,頻率為1000hz,時間為10-60min;
然后將該金屬管放入到nacl-kcl-alcl3三元系無機熔鹽中進(jìn)行熔鹽電鍍,溫度控制在160-220℃之間,金屬管為陰極,工業(yè)純鋁條(純度高于99.9%)為陽極,采用直流與脈沖相結(jié)合的方式進(jìn)行電沉積純鋁,直流電電流密度30-50a/dm2,頻率1000hz,時間1-2h;脈沖電源電流密度50-100a/dm2,頻率1000hz,時間10-20h,占空比80%,鋁鍍層純度高于99%,涂層呈現(xiàn)亮白色且該涂層均勻致密;
最后將上述具有鉻-鋁復(fù)合涂層的樣品,放置在配置好的微弧氧化溶液中進(jìn)行氧化,一定時間后即可在管狀金屬基體的內(nèi)壁獲得均勻致密、孔隙率低的涂層。
優(yōu)選的,本發(fā)明中使用的金屬管為銅管,尺寸為外徑28mm,內(nèi)徑24mm,壁厚2mm,長度有兩種分別為10mm和20mm。
下面進(jìn)一步例舉實施例以詳細(xì)說明本發(fā)明。同樣應(yīng)理解,以下實施例只用于對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明,不能理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制,本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的上述內(nèi)容作出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。下述示例具體的工藝參數(shù)等也僅是合適范圍中的一個示例,即本領(lǐng)域技術(shù)人員可以通過本文的說明做合適的范圍內(nèi)選擇,而并非要限定于下文示例的具體數(shù)值。
實施例1
本實施例提供了一種氧化鉻-氧化鋁復(fù)合涂層及其制備方法。
圖1所示為本實施例氧化鉻-氧化鋁復(fù)合涂層制備方法流程圖。如圖1所示,本實施例的氧化鉻-氧化鋁復(fù)合涂層制備方法,包括以下步驟:
(1)對金屬基材進(jìn)行預(yù)處理。
優(yōu)選的,本實施例中金屬基材為外徑28mm,內(nèi)徑24mm,壁厚2mm的銅管,長度有兩種,分別為10mm和20mm。
金屬基材的預(yù)處理包括砂紙打磨、除油及活化。打磨依次經(jīng)過400、800、1000、1200、1500、2000目砂紙打磨至無明顯劃痕,而后進(jìn)行機械拋光20min,拋光后依次經(jīng)過酒精和去離子水超聲清洗,而后在70℃的堿溶液中進(jìn)行除油處理5min,最后將基體在3%的硫酸混合溶液中活化15s,活化后吹干。
(2)化學(xué)電鍍鉻。
優(yōu)選的,本實施例配方選擇硫酸系水溶液,其中主要成分為九水硫酸鉻、硫酸鈉、甲酸銨、草酸銨、十二烷基硫酸鈉、抗壞血酸等,按比例配制成1000ml溶液,其中主要成分及濃度為:九水硫酸鉻120g/l;硫酸鈉130g/l;甲酸銨40g/l;草酸銨15g/l;十二烷基苯磺酸鈉0.02g/l;vc(抗壞血酸)12g/l。ph調(diào)節(jié)在3,溫度保持在35℃,電流密度為42a/dm2,頻率為1000hz,電鍍時間為30min。電鍍過程中采用直流電源,陽極為高純石墨材料,陰極為活化待用的銅。施鍍后的樣品去離子水超聲清洗并烘干待用。
(3)熔鹽電沉積鋁。
優(yōu)選的,本實施例在nacl-kcl-alcl3三元系無機熔鹽中進(jìn)行,三種金屬鹽均不含結(jié)晶水。由于alcl3極易吸收水分,所以在稱量過程中要盡量避免長時間與空氣接觸。
圖2為本實施例的熔鹽電沉積鋁裝置示意圖。如圖2所示,nacl:kcl:alcl3按質(zhì)量比1:1:8混料并加熱到200℃,完全融化的混合鹽呈透明狀。將鍍鉻銅管放入到該熔鹽中,電沉積過程依次采用直流和脈沖電源,直流電電流密度40a/dm2,頻率1000hz,時間1.5h;脈沖電源電流密度60a/dm2,頻率1000hz,時間15h,占空比80%。電鍍過程中陽極為工業(yè)純鋁,純度高于99.9%,陰極為鍍鉻銅管。將施鍍后的樣品去離子水超聲清洗并烘干。鉻-鋁復(fù)合涂層宏觀形貌覆蓋均勻,呈銀白色。
(4)微弧氧化。
優(yōu)選的,本實施例微弧氧化在溶液環(huán)境中進(jìn)行。先將硅酸鈉、氫氧化鉀、氟化鉀、丙三醇、偏釩酸銨等按比例配制成ph為9的溶液,主要成分濃度為:硅酸鈉18g/l;氫氧化鉀3.5g/l;氟化鉀20g/l;偏釩酸銨15g/l;丙三醇7.5/l。溫度控制在40℃,將樣品放入該溶液中進(jìn)行氧化處理,電參數(shù)為正向電壓420v;頻率400hz;正、負(fù)占空比分別是30%和20%,處理時間為20min,最后將氧化處理的樣品超聲清洗烘干。
對上述過程中,鉻-鋁復(fù)合涂層和氧化鉻-氧化鋁復(fù)合涂層進(jìn)行x射線衍射分析,圖3為鉻-鋁復(fù)合涂層的xrd圖譜,圖4為氧化鉻-氧化鋁復(fù)合涂層的xrd圖譜。如圖3和圖4所示,鉻-鋁復(fù)合物涂層主要成分為al9cr4和al8cr5;氧化鉻-氧化鋁復(fù)合涂層主要成分為α-al2o3和γ-al2o3,另外還測試到al7cr4o3合金過渡層。
為了更直觀的觀察樣品形貌,對所制備的涂層進(jìn)行掃描電鏡測試。圖5為鍍鉻樣品微觀形貌,如圖5所示,樣品表面均勻的鍍上一層金屬鉻,涂層呈銀白色,且涂覆均勻無漏鍍或燒蝕現(xiàn)象。圖6為鉻-鋁復(fù)合涂層的sem,如圖6所示,鋁涂層能夠較好的連接生長形成均勻、致密的結(jié)構(gòu)。圖7為氧化鉻-氧化鋁復(fù)合涂層的sem,涂層呈灰白色,均勻致密。
同時,對涂層的側(cè)切面進(jìn)行掃描電鏡及eds分析,圖8為氧化鉻-氧化鋁復(fù)合涂層側(cè)切面sem。如圖8所示,涂層與基體緊密連接,厚度在11.28μm。圖9為氧化鉻-氧化鋁復(fù)合涂層的eds分析結(jié)果,如圖9所示,(a)為選取的測試平面,標(biāo)記為001,(b)為對應(yīng)001范圍的元素分析,氧化鉻-氧化鋁復(fù)合涂層主要成分元素為銅、鉻、鋁、氧,不含其它雜質(zhì)成分。
圖10為本實施例了氧化鉻-氧化鋁復(fù)合涂層納米劃痕結(jié)合力測試結(jié)果。如圖所示,隨著涂層厚度的增加及氧化物涂層的形成,涂層結(jié)合力逐漸增大,這也與復(fù)合氧化物涂層形成過渡層有關(guān),過渡層的存在,提高了涂層與基體的結(jié)合能力。
以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式,應(yīng)當(dāng)指出,對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說,在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下,還可以做出若干改進(jìn)和潤飾,這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
實施例2
本實施例提供了一種氧化鉻-氧化鋁復(fù)合涂層及其制備方法。
圖1所示為本實施例氧化鉻-氧化鋁復(fù)合涂層制備方法流程圖。如圖1所示,本實施例的氧化鉻-氧化鋁復(fù)合涂層制備方法,包括以下步驟:
(1)對金屬基材進(jìn)行預(yù)處理。
優(yōu)選的,本實施例中金屬基材為外徑28mm,內(nèi)徑24mm,壁厚2mm的銅管,長度有兩種,分別為10mm和20mm。
金屬基材的預(yù)處理包括砂紙打磨、除油及活化。打磨依次經(jīng)過400、800、1000、1200、1500、2000目砂紙打磨至無明顯劃痕,而后進(jìn)行機械拋光20min,拋光后依次經(jīng)過酒精和去離子水超聲清洗,而后在70℃的堿溶液中進(jìn)行除油處理5min,最后將基體在3%的硫酸混合溶液中活化15s,活化后吹干。
(2)化學(xué)電鍍鉻。
優(yōu)選的,本實施例配方選擇硫酸系水溶液,其中主要成分為九水硫酸鉻、硫酸鈉、甲酸銨、草酸銨、十二烷基硫酸鈉、抗壞血酸等,按比例配制成1000ml溶液,其中主要成分及濃度為:九水硫酸鉻100g/l;硫酸鈉110g/l;甲酸銨30g/l;草酸銨10g/l;十二烷基苯磺酸鈉0.01g/l;vc(抗壞血酸)10g/l。ph調(diào)節(jié)在2.6,溫度保持在35℃,電流密度為35a/dm2,頻率為1000hz,電鍍時間為20min。電鍍過程中采用直流電源,陽極為高純石墨材料,陰極為活化待用的銅。施鍍后的樣品去離子水超聲清洗并烘干待用。
(3)熔鹽電沉積鋁。
優(yōu)選的,本實施例在nacl-kcl-alcl3三元系無機熔鹽中進(jìn)行,三種金屬鹽均不含結(jié)晶水。由于alcl3極易吸收水分,所以在稱量過程中要盡量避免長時間與空氣接觸。
圖2為本實施例的熔鹽電沉積鋁裝置示意圖。如圖2所示,nacl:kcl:alcl3按質(zhì)量比1:1:8混料并加熱到180℃,完全融化的混合鹽呈透明狀。將鍍鉻銅管放入到該熔鹽中,電沉積過程依次采用直流和脈沖電源,直流電電流密度30a/dm2,頻率1000hz,時間1h;脈沖電源電流密度50a/dm2,頻率1000hz,時間12h,占空比80%。電鍍過程中陽極為工業(yè)純鋁,純度高于99.9%,陰極為鍍鉻銅管。將施鍍后的樣品去離子水超聲清洗并烘干。鉻-鋁復(fù)合涂層宏觀形貌覆蓋均勻,呈銀白色。
(4)微弧氧化。
優(yōu)選的,本實施例微弧氧化在溶液環(huán)境中進(jìn)行。先將硅酸鈉、氫氧化鉀、氟化鉀、丙三醇、偏釩酸銨等按比例配制成ph為8.5的溶液,主要成分濃度為:硅酸鈉15g/l;氫氧化鉀3g/l;氟化鉀15g/l;偏釩酸銨10g/l;丙三醇6g/l。溫度控制在30℃,將樣品放入該溶液中進(jìn)行氧化處理,電參數(shù)為正向電壓410v;頻率350hz;正、負(fù)占空比分別是30%和20%,處理時間為15min,最后將氧化處理的樣品超聲清洗烘干。
以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式,應(yīng)當(dāng)指出,對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說,在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下,還可以做出若干改進(jìn)和潤飾,這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
實施例3
本實施例提供了一種氧化鉻-氧化鋁復(fù)合涂層及其制備方法。
圖1所示為本實施例氧化鉻-氧化鋁復(fù)合涂層制備方法流程圖。如圖1所示,本實施例的氧化鉻-氧化鋁復(fù)合涂層制備方法,包括以下步驟:
(1)對金屬基材進(jìn)行預(yù)處理。
優(yōu)選的,本實施例中金屬基材為外徑28mm,內(nèi)徑24mm,壁厚2mm的銅管,長度有兩種,分別為10mm和20mm。
金屬基材的預(yù)處理包括砂紙打磨、除油及活化。打磨依次經(jīng)過400、800、1000、1200、1500、2000目砂紙打磨至無明顯劃痕,而后進(jìn)行機械拋光20min,拋光后依次經(jīng)過酒精和去離子水超聲清洗,而后在70℃的堿溶液中進(jìn)行除油處理5min,最后將基體在3%的硫酸混合溶液中活化15s,活化后吹干。
(2)化學(xué)電鍍鉻。
優(yōu)選的,本實施例配方選擇硫酸系水溶液,其中主要成分為九水硫酸鉻、硫酸鈉、甲酸銨、草酸銨、十二烷基硫酸鈉、抗壞血酸等,按比例配制成1000ml溶液,其中主要成分及濃度為:九水硫酸鉻140g/l;硫酸鈉145g/l;甲酸銨45g/l;草酸銨18g/l;十二烷基苯磺酸鈉0.03g/l;vc(抗壞血酸)15g/l。ph調(diào)節(jié)在3.2,溫度保持在35℃,電流密度為45a/dm2,頻率為1000hz,電鍍時間為60min。電鍍過程中采用直流電源,陽極為高純石墨材料,陰極為活化待用的銅。施鍍后的樣品去離子水超聲清洗并烘干待用。
(3)熔鹽電沉積鋁。
優(yōu)選的,本實施例在nacl-kcl-alcl3三元系無機熔鹽中進(jìn)行,三種金屬鹽均不含結(jié)晶水。由于alcl3極易吸收水分,所以在稱量過程中要盡量避免長時間與空氣接觸。
圖2為本實施例的熔鹽電沉積鋁裝置示意圖。如圖2所示,nacl:kcl:alcl3按質(zhì)量比1:1:8混料并加熱到210℃,完全融化的混合鹽呈透明狀。將鍍鉻銅管放入到該熔鹽中,電沉積過程依次采用直流和脈沖電源,直流電電流密度45a/dm2,頻率1000hz,時間2h;脈沖電源電流密度65a/dm2,頻率1000hz,時間18h,占空比80%。電鍍過程中陽極為工業(yè)純鋁,純度高于99.9%,陰極為鍍鉻銅管。將施鍍后的樣品去離子水超聲清洗并烘干。鉻-鋁復(fù)合涂層宏觀形貌覆蓋均勻,呈銀白色。
(4)微弧氧化。
優(yōu)選的,本實施例微弧氧化在溶液環(huán)境中進(jìn)行。先將硅酸鈉、氫氧化鉀、氟化鉀、丙三醇、偏釩酸銨等按比例配制成ph為9.5的溶液,主要成分濃度為:硅酸鈉25g/l;氫氧化鉀4.5g/l;氟化鉀30g/l;偏釩酸銨20g/l;丙三醇8.5g/l。溫度控制在50℃,將樣品放入該溶液中進(jìn)行氧化處理,電參數(shù)為正向電壓440v;頻率450hz;正、負(fù)占空比分別是30%和20%,處理時間為30min,最后將氧化處理的樣品超聲清洗烘干。
對上述過程中,應(yīng)當(dāng)指出,對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說,在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下,還可以做出若干改進(jìn)和潤飾,這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。