專利名稱：一種鋁合金微弧氧化膜層封閉方法
技術領域：
本發(fā)明屬于材料表面處理技術領域，涉及一種封閉方法，具體涉及一種鋁合金微弧氧化膜層的封閉方法。
背景技術：
鋁合金由于具有較高的比強度、比剛度，易于加工成形，而且儲量豐富，易于回收利用，在航空航天、汽車、電子、通訊等領域得到了廣泛的應用。鋁的化學活潑性較高，在大氣中表面可自然形成氧化膜。但自然形成的氧化膜很薄，對基體材料的保護作用有限。在腐蝕條件下，尤其是氯離子存在時，鋁及其合金的腐蝕破壞非常嚴重，這極大地限制了鋁合金的使用范圍和鋁合金結(jié)構的使用壽命。要解決此問題，需要研究鋁合金的腐蝕防護方法。陽極氧化是鋁合金比較成熟的防護技術，已經(jīng)在航空鋁合金等領域得到了廣泛的應用。但是鋁合金陽極氧化產(chǎn)生的膜層比較薄，不耐磨損且耐腐蝕性能有限，近年來，人們進行了各種新技術的開發(fā)，其中，通過液相等離子脈沖高能放電即微弧氧化在鋁合金表面形成陶瓷膜的方法能很好地滿足鋁合金的耐磨及防腐要求。微弧氧化技術又稱微等離子體氧化或陽極火花沉積，是將Al、Mg、T1、Ta、Nb、Zr等有色金屬或其合金置于電解質(zhì)水溶液中，在高電壓的作用下，使材料表面的氧化膜相對薄弱處產(chǎn)生火花放電斑點，在熱化學、等離子體化學和電化學的共同作用下，在材料表面原位生長陶瓷層的新技術。微弧氧化得到的陶瓷膜層耐磨、耐蝕和耐沖擊性能均明顯高于傳統(tǒng)陽極氧化膜層，且膜層硬度高(達2000Hv)，厚度大(可達200 300 μ m),與基體結(jié)合力好(與基體呈冶金結(jié)合)。但微弧氧化技術由于其自身特點，膜層會殘留放電氣孔，瞬間高溫會使微區(qū)金屬及氧化物熔化又在槽液中快速冷卻形成微裂紋，使得微弧氧化膜層不可避免地存在一定的孔隙。孔隙使得微弧氧化 膜層的耐蝕性大打折扣，在腐蝕環(huán)境中，腐蝕介質(zhì)會沿著這些缺陷到達基體，導致基體腐蝕。為提高微弧氧化膜的耐蝕性能，需采用恰當?shù)姆忾]技術將微孔和微裂紋閉合。鋁合金微弧氧化膜層封閉技術一般是借鑒傳統(tǒng)陽極氧化膜的封閉技術，常用的封閉方式有沸水封閉、鉻酸鹽、硅酸鹽、磷酸鹽以及氟化物封閉等。沸水水合封閉雖然簡單有效，使用方便，但封閉溫度高、能耗大、封閉速度慢，尤其是對水質(zhì)要求高。而金屬鹽溶液封閉所采用的重鉻酸鉀、乙酸鎳、氟化鎳等都含有重金屬離子，廢液需處理才能排放，否則會對人體和環(huán)境造成不同程度的危害。而且作者研究發(fā)現(xiàn)，沸水封閉和金屬鹽溶液封閉的微弧氧化膜層在中性鹽霧等侵蝕性較弱的環(huán)境下具有較好的防護性，但在具有較強侵蝕性的環(huán)境(如酸性腐蝕溶液)中起不到有效防護，因為較強腐蝕介質(zhì)會溶解封堵膜層孔隙的物質(zhì)，導致封閉失效，腐蝕介質(zhì)通過孔隙到達基體，引起基體腐蝕，造成膜層脫落。二氧化硅溶膠封閉技術采用納米級二氧化硅顆粒封閉微弧氧化膜層的微裂紋和微孔，并在膜層表面形成一層二氧化硅凝膠層，使膜層的耐蝕性大幅提高，且能耐較強酸性環(huán)境腐蝕。中國專利申請公布號CN102041541中采用二氧化硅溶膠浸潰方法封閉鎂合金微弧氧化膜層，得到了耐蝕性高的膜層，但其微弧氧化和浸潰提拉交替進行，工藝復雜；另在中國專利申請公布號CN102330139中，采用有機硅原液與酒精混合溶液真空浸滲的方法封閉鋁合金微弧氧化膜層，得到了韌性和耐蝕性均有改善的膜層，但抽真空成本較高，操作復雜。因此，開發(fā)一種對生態(tài)環(huán)境和人類健康無害、耐蝕性更強且工藝簡單的封閉技術已成為鋁合金微弧氧化技術一項重要而緊迫的研究內(nèi)容。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術中存在的工藝復雜、成本較高，以及污染環(huán)境的不足，本發(fā)明提出了一種招合金微弧氧化膜層封閉方法。本發(fā)明的具體過程是:步驟1.預處理:將微弧氧化過的鋁合金試樣放入丙酮中超聲清洗3min去除油污，取出吹干后放入去尚子水中清洗3min,吹干備用。步驟2.配制封閉 溶膠:所述封閉溶膠的具體體積配比為:正硅酸乙酯:無水乙醇:硅烷偶聯(lián)劑:去離子水=4 6: 8 12: I 2: 2 3，所用溶膠總量彡5ml/cm2。步驟3.封閉:將得到的封閉溶膠用超聲波振動。將所述經(jīng)過預處理過的鋁合金試樣用棉線懸掛豎直放入封閉用溶膠中，繼續(xù)超聲波振動I 5min ;豎直提拉取出所述鋁合金試樣，室溫固化18 36小時后放入烘烤箱，在100 120°C下烘烤I 2小時，隨爐冷卻后得到封閉后的試樣。在配制所述封閉溶膠時，用稀HCl將原膠液的pH值調(diào)至3.5 4 ;所述稀HCl的質(zhì)量分數(shù)為8% 12。由于采取了上述技術方案，使本發(fā)明取得了以下效果:(I)本發(fā)明的封閉溶液不包含對人體和環(huán)境有害的成分，如Cr6+和F—等，也沒有大量的強腐蝕性酸、堿，只使用少量的稀鹽酸作為催化劑。(2)本發(fā)明的封閉溶液成分簡單，不含易分解物質(zhì)，程序易于控制；工藝簡單，不含抽真空等復雜操作。(3)本發(fā)明使用的硅烷偶聯(lián)劑具有兩不同性質(zhì)的官能團，其分子中的一部分官能團可與有機分子反應，另一部分官能團可與水反應，其作用一方面使得溶膠的分散性和均勻性更好，另一方面可以增強封閉后的表面與后續(xù)涂層的結(jié)合力。(4)由附圖1可見，封閉前(圖a)，試樣表面存在較多的微孔和微裂紋，表面平整度差；封閉后(圖b)，膜層孔隙率大大降低，且封閉了表面微裂紋，使表面變得平整。(5)本發(fā)明大幅提高了微弧氧化膜的耐蝕性，未封閉試樣在336h鹽霧試驗后即出現(xiàn)點蝕，720h鹽霧試驗后試樣表面出現(xiàn)較多點蝕坑；而封閉后的試樣經(jīng)720h鹽霧試驗后未出現(xiàn)腐蝕跡象。未封閉試樣在晶間腐蝕溶液(由IL去離子水和30g分析純NaCl、10ml分析純HCl配成)中浸泡24h后，表面膜層脫落，鋁合金基體發(fā)生較嚴重的晶間腐蝕；而封閉后的試樣浸泡24h后膜層未發(fā)生任何反應，很好地保護了鋁合金基體。(6)本發(fā)明使用的原料廉價易得，適合工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1為7A85鋁合金微弧氧化膜封閉前后表面形貌掃描電鏡照片，其中:圖(a)為7A85招合金微弧氧化膜封閉前表面形貌掃描電鏡照片；圖(b)為封閉后掃描電鏡照片。圖2是本發(fā)明的流程圖。
具體實施例方式實施例一本實施例是一種7A85-T7452招合金微弧氧化膜層封閉方法。待封閉的招合金試樣的尺寸為30mm X 20mm X 5mm,微弧氧化膜厚度50 μ m。具體過程是:步驟1.預處理:將試樣放入丙酮中超聲清洗3min去除油污，取出吹干后放入去離子水中清洗3min,吹干備用。步驟2.配制封閉溶膠:本實施例中，封閉溶膠的具體體積配比為:正硅酸乙酯:無水乙醇:硅烷偶聯(lián)劑:去離子水=4: 8: I: 2，待封閉試樣表面積為17cm2，所用溶膠總量為95ml。配制封閉溶膠的具體過程是:向IOOml的燒杯A中依次加入25ml無水乙醇和25ml正硅酸乙酯，用玻璃棒攪拌均勻，得到正硅酸乙酯酒精溶液。向IOOml的燒杯B中依次加入25ml無水乙醇和13ml去離子水，攪拌均勻，得到酒精水溶液。將燒杯B中的酒精水溶液加入到`燒杯A的正硅酸乙酯酒精溶液中，并向燒杯A中加入6ml硅烷偶聯(lián)劑，用玻璃棒攪拌均勻，采用精密pH試紙測量膠液的pH值，并用質(zhì)量分數(shù)為8%的稀鹽酸調(diào)節(jié)pH值至3.5 4。將燒杯A放置在超聲波儀器中振動5min，得到所需的封閉溶膠。步驟3.封閉:將得到的封閉溶膠用超聲波振動。取出預處理過的7A85鋁合金微弧氧化試樣，用棉線懸掛，豎直放入封閉用溶膠中，繼續(xù)超聲波振動5min，關掉超聲波儀器，豎直提拉取出試樣，放置在通風櫥中，室溫固化24小時后放入烘烤箱，在120°C下烘烤I小時，關閉烘烤箱電源，隨爐冷卻后得到封閉完成試樣。實施例二本實施例是一種7A85-T7452招合金微弧氧化膜層封閉方法。待封閉招合金試樣的尺寸為30mm X 20mm X 5mm,微弧氧化膜厚度50 μ m。具體過程是:步驟1.預處理:將試樣放入丙酮中超聲清洗3min去除油污，取出吹干后放入去離子水中清洗3min,吹干備用。步驟2.配制封閉溶膠:本實施例中，封閉溶膠的具體體積配比為:正硅酸乙酯:無水乙醇:硅烷偶聯(lián)劑:去離子水=5: 10: 1.5: 2.5，待封閉試樣表面積為17cm2，所用溶膠總量95ml。配制封閉溶膠的具體過程是:向IOOml的燒杯A中依次加入25ml無水乙醇和25ml正硅酸乙酯，用玻璃棒攪拌均勻，得到正硅酸乙酯酒精溶液。向IOOml的燒杯B中依次加入25ml無水乙醇和12.5ml去離子水，攪拌均勻，得到酒精水溶液。將燒杯B中的酒精水溶液加入到燒杯A的正硅酸乙酯酒精溶液中，并向燒杯A中加入7.5ml硅烷偶聯(lián)劑，用玻璃棒攪拌均勻，采用精密pH試紙測量膠液的pH值，并用質(zhì)量分數(shù)為8%的稀鹽酸調(diào)節(jié)pH值至3.5 4。將燒杯A放置在超聲波儀器中振動5min，得到所需的封閉溶膠。步驟3.封閉:將得到的封閉溶膠用超聲波振動。取出預處理過的7A85鋁合金微弧氧化試樣，用棉線懸掛，豎直放入封閉用溶膠中，繼續(xù)超聲波振動3min，關掉超聲波儀器，豎直提拉取出試樣，放置在通風櫥中，室溫固化18小時后放入烘烤箱，在110°C下烘烤1.5小時，關閉烘烤箱電源，隨爐冷卻后得到封閉完成試樣。實施例三本實施例是一種7B50-T76511招合金微弧氧化膜層封閉方法。待封閉招合金試樣的尺寸為40mm X 20mm X 2mm,微弧氧化膜厚度40 μ m。具體過程是:步驟1.預處理:將試樣放入丙酮中超聲清洗3min去除油污，取出吹干后放入去離子水中清洗3min,吹干備用。步驟2.配制封閉溶膠:本實施例中，封閉溶膠的具體體積配比為:正硅酸乙酯:無水乙醇:硅烷偶聯(lián)劑:去離子水=4: 8: I: 2，待封閉試樣表面積為18cm2，所用溶膠總量90ml ο配制封閉溶膠 的具體過程是:向IOOml的燒杯A中依次加入24ml無水乙醇和24ml正硅酸乙酯，用玻璃棒攪拌均勻，得到正硅酸乙酯酒精溶液。向IOOml的燒杯B中依次加入24ml無水乙醇和12ml去離子水，攪拌均勻，得到酒精水溶液。將燒杯B中的酒精水溶液加入到燒杯A的正硅酸乙酯酒精溶液中，并向燒杯A中加入6ml硅烷偶聯(lián)劑，用玻璃棒攪拌均勻，采用精密pH試紙測量膠液的pH值，并用質(zhì)量分數(shù)為12%的稀鹽酸調(diào)節(jié)pH值至3.5 4。將燒杯A放置在超聲波儀器中振動5min，得到所需的封閉溶膠。步驟3.封閉:將得到的封閉溶膠用超聲波振動。取出預處理過的7B50鋁合金微弧氧化試樣，用棉線懸掛，豎直放入封閉用溶膠中，繼續(xù)超聲波振動3min，關掉超聲波儀器，豎直提拉取出試樣，放置在通風櫥中，室溫固化36小時后放入烘烤箱，在120°C下烘烤I小時，關閉烘烤箱電源，隨爐冷卻后得到封閉完成試樣。實施例四本實施例是一種7050-T74511招合金微弧氧化膜層封閉方法。待封閉招合金試樣的尺寸為40mm X 20mm X 2.5mm,微弧氧化膜厚度40 μ m。具體過程是:步驟1.預處理:將試樣放入丙酮中超聲清洗3min去除油污，取出吹干后放入去離子水中清洗3min,吹干備用。步驟2.配制封閉溶膠:本實施例中，封閉溶膠的具體體積配比為:正硅酸乙酯:無水乙醇:硅烷偶聯(lián)劑:去離子水=6: 8: 2: 3，待封閉試樣表面積為19cm2，所用溶膠總量95ml。配制封閉溶膠的具體過程是:向IOOml的燒杯A中依次加入20ml無水乙醇和30ml正硅酸乙酯，用玻璃棒攪拌均勻，得到正硅酸乙酯酒精溶液。向IOOml的燒杯B中依次加入20ml無水乙醇和15ml去離子水，攪拌均勻，得到酒精水溶液。將燒杯B中的酒精水溶液加入到燒杯A的正硅酸乙酯酒精溶液中，并向燒杯A中加入IOml硅烷偶聯(lián)劑，用玻璃棒攪拌均勻，采用精密pH試紙測量膠液的pH值，并用質(zhì)量分數(shù)為12%的稀鹽酸調(diào)節(jié)pH值至3.5 4。將燒杯A放置在超聲波儀器中振動5min，得到所需的封閉溶膠。步驟3.封閉:將得到的封閉溶膠用超聲波振動。取出預處理過的7050鋁合金微弧氧化試樣，用棉線懸掛，豎直放入封閉用溶膠中，繼續(xù)超聲波振動5min，關掉超聲波儀器，豎直提拉取出試樣，放置在通風櫥中，室溫固化24小時后放入烘烤箱，在100°C下烘烤2小時，關閉烘烤箱電源，隨爐冷卻后得到封閉完成試樣。實施例五本實施例是一種2E12-T3招合金微弧氧化膜層封閉方法。待封閉招合金試樣的尺寸為40mm X 20mm X 2mm,微弧氧化膜厚度35 μ m。具體過程是:步驟1.預處理:將試樣放入丙酮中超 聲清洗3min去除油污，取出吹干后放入去離子水中清洗3min,吹干備用。步驟2.配制封閉溶膠:本實施例中，封閉溶膠的具體體積配比為:正硅酸乙酯:無水乙醇:硅烷偶聯(lián)劑:去離子水=6: 8: 2: 3，待封閉試樣表面積為18cm2，所用溶膠總量95ml。配制封閉溶膠的具體過程是:向IOOml的燒杯A中依次加入20ml無水乙醇和30ml正硅酸乙酯，用玻璃棒攪拌均勻，得到正硅酸乙酯酒精溶液。向IOOml的燒杯B中依次加入20ml無水乙醇和15ml去離子水，攪拌均勻，得到酒精水溶液。將燒杯B中的酒精水溶液加入到燒杯A的正硅酸乙酯酒精溶液中，并向燒杯A中加入IOml硅烷偶聯(lián)劑，用玻璃棒攪拌均勻，采用精密pH試紙測量膠液的pH值，并用質(zhì)量分數(shù)為12%的稀鹽酸調(diào)節(jié)pH值至3.5 4。將燒杯A放置在超聲波儀器中振動5min，得到所需的封閉溶膠。步驟3.封閉:將得到的封閉溶膠用超聲波振動。取出預處理過的2E12鋁合金微弧氧化試樣，用棉線懸掛，豎直放入封閉用溶膠中，繼續(xù)超聲波振動lmin，關掉超聲波儀器，豎直提拉取出試樣，放置在通風櫥中，室溫固化18小時后放入烘烤箱，在120°C下烘烤I小時，關閉烘烤箱電源，隨爐冷卻后得到封閉完成試樣。實施例六本實施例是一種6061-T4招合金微弧氧化膜層封閉方法。待封閉招合金試樣的尺寸為40mm X 20mm X 2mm,微弧氧化膜厚度40 μ m。具體過程是:步驟1.預處理:將試樣放入丙酮中超聲清洗3min去除油污，取出吹干后放入去離子水中清洗3min,吹干備用。步驟2.配制封閉溶膠:本實施例中，封閉溶膠的具體體積配比為:正硅酸乙酯:無水乙醇:硅烷偶聯(lián)劑:去離子水=4: 12: 2: 2，待封閉試樣表面積為18cm2，所用溶膠總量100ml。配制封閉溶膠的具體過程是:向IOOml的燒杯A中依次加入30ml無水乙醇和20ml正硅酸乙酯，用玻璃棒攪拌均勻，得到正硅酸乙酯酒精溶液。向IOOml的燒杯B中依次加入30ml無水乙醇和IOml去離子水，攪拌均勻，得到酒精水溶液。將燒杯B中的酒精水溶液加入到燒杯A的正硅酸乙酯酒精溶液中，并向燒杯A中加入IOml硅烷偶聯(lián)劑，用玻璃棒攪拌均勻，采用精密pH試紙測量膠液的pH值，并用質(zhì)量分數(shù)為8%的稀鹽酸調(diào)節(jié)pH值至3.5 4。將燒杯A放置在超聲波儀器中振動5min，得到所需的封閉溶膠。步驟3.封閉:將得到的封閉溶膠用超聲波振動。取出預處理過的6061鋁合金微弧氧化試樣，用棉線懸掛，豎直放入封閉用溶膠中，繼續(xù)超聲波振動5min，關掉超聲波儀器，豎直提拉取出試樣，放置在通風櫥中，室溫固化36小時后放入烘烤箱，在100°C下烘烤1.5小時，關閉烘烤箱電源，隨爐冷卻后得到 封閉完成試樣。
權利要求
1.一種鋁合金微弧氧化膜層封閉方法，其特征在于，具體過程是: 步驟1.預處理: 將微弧氧化過的鋁合金試樣放入丙酮中超聲清洗3min去除油污，取出吹干后放入去離子水中清洗3min，吹干備用； 步驟2.配制封閉溶膠: 所述封閉溶膠的具體體積配比為:正硅酸乙酯:無水乙醇:硅烷偶聯(lián)劑:去離子水=4 6: 8 12: I 2: 2 3，所用溶膠總量彡5ml/cm2 ; 步驟3.封閉: 將得到的封閉溶膠用超聲波振動；將所述經(jīng)過預處理過的鋁合金試樣用棉線懸掛豎直放入封閉用溶膠中，繼續(xù)超聲波振動I 5min ;豎直提拉取出所述鋁合金試樣，室溫固化18 36小時后放入烘烤箱，在100 120°C下烘烤I 2小時，隨爐冷卻后得到封閉后的試樣。
2.如權利要求1所述一種鋁合金微弧氧化膜層封閉方法，其特征在于，配制封閉溶膠時，用稀HCl將原膠 液的pH值調(diào)至3.5 4 ;所述稀HCl的質(zhì)量分數(shù)為8% 12%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋁合金微弧氧化膜層封閉方法。對經(jīng)過微弧氧化的鋁合金試樣表面清洗干凈后，置于封閉溶膠中進行封閉，并將該鋁合金試樣經(jīng)室溫固化和烘烤后，得到封閉后的鋁合金試樣。所述的封閉溶膠采用正硅酸乙酯、無水乙醇、硅烷偶聯(lián)劑和去離子水配制而成。本發(fā)明所使用的封閉溶膠中無對人體和環(huán)境有害的成分，并且該封閉溶膠的分散性和均勻性更好，能夠增強封閉后的表面與后續(xù)涂層的結(jié)合力。本發(fā)明封閉后的試樣表面的膜層孔隙率有效降低，且封閉了試樣表面的微裂紋，使表面變得平整，提高了微弧氧化膜的耐蝕性，很好地保護了鋁合金基體。本發(fā)明具有操作簡單、成本低的特點，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號C25D11/18GK103147109SQ201310100579
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月26日 優(yōu)先權日2013年3月26日
發(fā)明者葉作彥, 李重陽, 劉道新, 張曉化, 袁萌 申請人:西北工業(yè)大學