一种海洋用铝合金表面纳米陶瓷涂制备方法与流程

本发明属于材料表面处理技术领域，具体涉及一种铝合金表面纳米陶瓷涂层制备方法。

背景技术：

随着现代工业及科学技术的不断发展，铝合金以其密度小、比强度高、易于成形加工等优点在海洋工业领域得到广泛应用。然而，铝合金在海洋环境中会经受各种复杂的负载，导致其耐蚀性和耐磨性能差的问题严重限制了其应用。因此，为了保证铝合金能够在海洋环境中稳定使用，有必要对其进行表面处理，使其耐蚀性和耐磨性能得到提高。

微弧氧化是将铝合金置于电解液中，在高压和电化学等共同作用下使铝合金表面由于电火花放电生成超硬陶瓷膜层，从而提高其耐蚀耐磨性能。该方法具有工艺简单、绿色环保、效率高等优点。因此，利用微弧氧化在铝合金表面制备陶瓷涂层具有极大的应用潜力。

目前，虽然国内外对铝合金微弧氧化的研究较多，但大部分集中研究电参数对铝合金表面微弧氧化膜层的影响，而关于电解液中表面活性剂对其制备纳米陶瓷涂层的研究鲜有报道。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有铝合金耐蚀耐磨性能差的关键技术问题，而利用微弧氧化的制备方法在铝合金表面制备纳米陶瓷涂层，使其耐蚀耐磨性能得到一定的提高。

本发明的方法采用微弧氧化设备对铝合金表面进行微弧氧化处理，所述的微弧氧化设备包括电源、主机、水冷设备和电解液槽，所述制备方法如下：

1.配置电解液，在水中加入硅酸钠、氢氧化钠、六偏磷酸钠、偏钒酸铵和乙二胺四乙酸搅拌均匀静置。上述的电解液成分范围如下：按重量百分比为na2sio32~15%，naoh0.5~3%，(napo3)65~20%，nh4vo32~16%，edta1~5%，余量为水；

2.添加硅藻土添加剂，向电解液中加入添加剂，硅藻土按重量百分比为0.2~2%加入电解液中，最后将搅拌均匀的电解液放入电解液中；

3.首先利用线切割设备将铝合金加工成25mm×20mm×2mm矩形，然后进行200-2000#砂纸打磨和超声波清洗20min，最后在样品的顶端进行打孔；

4.利用铝导线将电源的正极连接到铝合金，电源的负极连接到304不锈钢上，然后将整体放入到电解液槽中，并设置电流密度为10a/dm²，频率为200-1000hz，电压为200-600v，占空比为10-30%，时间为4-15min，电解液温度在25-50℃实验完成后，对样品进行封孔处理。

本发明的发明方法在铝合金表面制备的纳米陶瓷涂层与基体结合牢固。具有良好的耐蚀耐磨性能等特点，在不改变铝合金结构及使用性能的前提下，能够大幅度提高铝合金的表面性能，延长使用性能。此外，在电解液中加入硅藻土，可以实现均匀纳米陶瓷涂层的制备，从而进一步提高涂层的综合性能。且此配方绿色环保，是一种环保型的材料表面处理技术。

附图说明

图1为本发明所采用的微弧氧化设备结构示意图。

图2为本发明实例1中铝合金表面纳米陶瓷涂层的极化曲线。

具体实施方式

本发明实例中采用的硅酸钠分析纯，氢氧化钠分析纯，六偏磷酸钠分析纯，偏钒酸铵分析纯和乙二胺四乙酸分析纯，硅藻土的粒径为10-100nm。

本发明制备的铝合金板陶瓷膜层的厚度为20-50μm。

实施例1

配置电解液，在水中加入重量百分比硅酸钠为10%，氢氧化钠为0.5%，六偏磷酸钠为15%，偏钒酸铵为8%和乙二胺四乙酸为3%搅拌均匀静置，余量为水；在电解液中加入重量百分比为0.2%的硅藻土；

采用微弧氧化设备，将铝导线将电源的正极连接到铝合金，电源的负极连接到304不锈钢上，然后将整体放入到电解液槽中，并设置电流密度为10a/dm²，频率为200hz，电压为200v，占空比为10%，时间为4min，电解液温度在25℃实验完成后，对样品进行封孔处理；

最终所采用的连续铸轧机示意图如图1所示，铝合金表面纳米陶瓷涂层的极化曲线如图2所示；

获得的铝合金陶瓷膜的厚度为27.45μm，极化电压为-0.545v。

实施例2

配置电解液，在水中加入重量百分比硅酸钠为15%，氢氧化钠为3%，六偏磷酸钠为5%，偏钒酸铵为16%和乙二胺四乙酸为5%搅拌均匀静置，余量为水；在电解液中加入重量百分比为0.5%的硅藻土；

采用微弧氧化设备，将铝导线将电源的正极连接到铝合金，电源的负极连接到304不锈钢上，然后将整体放入到电解液槽中，并设置电流密度为10a/dm²，频率为1000hz，电压为600v，占空比为30%，时间为10min，电解液温度在25℃实验完成后，对样品进行封孔处理；

获得的铝合金陶瓷膜的厚度为28.18μm，极化电压为-1.085v。

实施例3

配置电解液，在水中加入重量百分比硅酸钠为8%，氢氧化钠为1.5%，六偏磷酸钠为20%，偏钒酸铵为10%和乙二胺四乙酸为1%搅拌均匀静置，余量为水；在电解液中加入重量百分比为2%的硅藻土；

采用微弧氧化设备，将铝导线将电源的正极连接到铝合金，电源的负极连接到304不锈钢上，然后将整体放入到电解液槽中，并设置电流密度为10a/dm²，频率为400hz，电压为300v，占空比为20%，时间为15min，电解液温度在25℃实验完成后，对样品进行封孔处理；

获得的铝合金陶瓷膜的厚度为27.45μm，极化电压为-0.865v。

实施例4

配置电解液，在水中加入重量百分比硅酸钠为10%，氢氧化钠为1.5%，六偏磷酸钠为15%，偏钒酸铵为8%和乙二胺四乙酸为3%搅拌均匀静置，余量为水；在电解液中加入重量百分比为0.2%的硅藻土；

采用微弧氧化设备，将铝导线将电源的正极连接到铝合金，电源的负极连接到304不锈钢上，然后将整体放入到电解液槽中，并设置电流密度为10a/dm²，频率为200hz，电压为200v，占空比为10%，时间为4min，电解液温度在25℃实验完成后，对样品进行封孔处理；

获得的铝合金陶瓷膜的厚度为33.29μm，极化电压为-0.835v。

实施例5

配置电解液，在水中加入重量百分比硅酸钠为9%，氢氧化钠为2.2%，六偏磷酸钠为12%，偏钒酸铵为9%和乙二胺四乙酸为1.8%搅拌均匀静置，余量为水；在电解液中加入重量百分比为1.1%的硅藻土；

采用微弧氧化设备，将铝导线将电源的正极连接到铝合金，电源的负极连接到304不锈钢上，然后将整体放入到电解液槽中，并设置电流密度为10a/dm²，频率为600hz，电压为250v，占空比为25%，时间为8min，电解液温度在25℃实验完成后，对样品进行封孔处理；

获得的铝合金陶瓷膜的厚度为24.86μm，极化电压为-0.675v。

技术特征：

1.一种海洋用铝合金表面纳米陶瓷涂层制备方法，采用微弧氧化设备对海洋用铝合金进行表面处理，所述的微弧氧化设备包括电源、主机、水冷设备和电解液槽，其特征在于所述的制备方法包括以下步骤。

2.根据权利要求1所述的一种海洋用铝合金表面纳米陶瓷涂层制备方法，其特征在于所述的电解液按重量百分比硅酸钠为2~15%，氢氧化钾为0.5~3%，六偏磷酸钠为5~20%，偏钒酸铵为2~16%，乙二胺四乙酸为1~5%，硅藻土为0.2~2%，余量为水。

3.根据权利要求1所述的一种海洋用铝合金表面纳米陶瓷涂层制备方法，其特征在于所述的微弧氧化频率为200-1000hz。

4.根据权利要求1所述的一种海洋用铝合金表面纳米陶瓷涂层制备方法，其特征在于所述的微弧氧化电压200-600v。

5.根据权利要求1所述的一种海洋用铝合金表面纳米陶瓷涂层制备方法，其特征在于所述的微弧氧化占空比为10-30%。

6.根据权利要求1所述的一种海洋用铝合金表面纳米陶瓷涂层制备方法，其特征在于所述的微弧氧化时间为4min-15min。

技术总结
本发明属于材料表面处理技术领域，具体涉及一种海洋用铝合金表面纳米陶瓷涂层制备方法。首先配置电解液，其中按重量百分比硅酸钠为2~15%，氢氧化钾为0.5~3%，六偏磷酸钠为5~20%，偏钒酸铵为2~16%，乙二胺四乙酸为1~5%，硅藻土为0.2~2%，余量为水；然后将电解液放入电解槽中，最后利用铝导线将电源的正极连接到铝合金，电源的负极连接到304不锈钢上，然后将整体放入到电解液槽中，并设置电流密度为10A/dm2，频率为200‑1000Hz，电压在200V‑600V，占空比为10%‑30%，时间为4min‑15min，电解液温度在25℃‑50℃实验完成后，对样品进行封孔处理；本发明的制备方法在铝合金表面制备纳米陶瓷涂层，实现了真正意义上的低成本、高质量的表面处理技术。

技术研发人员：孙世能;刘志扬;李端阳;胡天慧;陈莹;马国峰
受保护的技术使用者：沈阳大学
技术研发日：2021.03.05
技术公布日：2021.06.18