[发明专利]一种制备铝合金耐蚀层的方法及所使用的电解液

说明书

技术领域

本发明属于铝合金表面防腐技术领域，特别涉及一种液相等离子脉冲高能放电制备铝合金耐蚀层的方法。

背景技术

铝合金具有密度低，强度高，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，加之存储量丰富，易于回收利用，已广泛用于汽车、电子、通讯及航空航天领域。但是，要进一步扩大铝合金的应用范围，必须解决铝合金的腐蚀与防护问题。铝是现有结构材料中化学活泼性较高的金属，其标准电极电位为-1.67V，在大气表面自然形成的氧化膜疏松多孔，基本不具有保护作用。在各种环境条件下，尤其是氯离子存在时，铝及其合金的腐蚀破坏非常严重。因此，研究铝合金的腐蚀与防护变得至关重要。近年来，人们进行了各种新技术的开发，其中，通过液相等离子脉冲高能放电法即微弧氧化技术很好的满足了上述要求。

微弧氧化技术又称微等离子体氧化或阳极火花沉积，是将Al、Mg、Ti、Ta、Nb、Zr等有色金属或其合金置于电解质水溶液中，使材料表面的微孔处产生火花放电斑点，在热化学、等离子体化学和电化学的共同作用下，在材料表面原位生长陶瓷层的新技术。该技术是最近二十年在阳极氧化的基础上发展起来的。20世纪30年代初，Günterschulze和Betz第一次报道了在高电场下，浸在液体里的金属表面会出现火花放电现象，且火花会破坏金属表面的氧化膜，然而接下来的研究发现火花放电现象也可以在金属表面生成氧化膜。70年代以后，前苏联、美国、德国等国都开始加快了对微弧氧化技术的研究。所采用的电源模式也从开始的直流或单向脉冲电源，改为后来的正弦交流电和交流脉冲电源。被氧化处理的基底材料主要是铝、镁、钛合金。欧美国家通常将这种形成表面氧化膜的方法称为阳极火花沉淀（ASD）或火花放电极化（ANOF）。前苏联及俄罗斯则称之为微弧氧化（MAO）。90年代中后期微弧氧化技术成为国际研究热点并开始深入研究，研究内容涉及到电解液配方，陶瓷层的组织结构及性能试验等方面。我国对于微弧氧化的研究是从上世纪90年代开始的，在引进俄罗斯技术的基础上，以耐磨、装饰膜层的形式开始走向实用阶段，但要进一步扩展其应用领域，仍要进行大量的研究工作。目前，国内主要有北京师范大学低能核物理研究所、五二研究所宁波分所、哈尔滨工业大学材料学院、北京有色金属研究院、西安理工大学材料学院等单位进行了这方面的研究与探讨工作。但是目前的铝合金微弧氧化技术还不够成熟，会出现膜层表面不均匀，耐蚀性差以及槽液不稳定等缺陷，并且目前经常采用的酸性电解液对环境和人体有较大的伤害。另外，微弧氧化膜具有多孔结构，这就致使微弧氧化膜层的耐蚀性大打折扣，在腐蚀环境中，腐蚀介质会沿着这些缺陷到达基体，导致基体腐蚀。海洋环境中的Cl-半径非常小，只有0.18nm，具有非常强的穿透能力，因此，为提高氧化样品的耐蚀防污性能，同时使样品的外观持久不变，须采用恰当的封闭技术将微孔闭合。铝合金微弧氧化膜层封闭技术一般是借鉴铝阳极氧化膜封闭技术，常用的封闭方式有沸水、铬酸盐、硅酸盐、磷酸盐以及氟化物等。然而一方面由于阳极氧化膜与微弧氧化膜性质不同，孔径不一（阳极氧化膜孔径为纳米级，微弧氧化膜孔径为微米级），仿效于阳极氧化膜的封闭方法难以达到对微弧氧化膜良好的封闭效果，甚至还会破坏微弧氧化膜的陶瓷质感。另一方面，水合封闭虽然简单有效，使用方便，但封闭温度高、能耗大、封闭速度慢，尤其是水质要求高。而金属盐溶液封闭所采用的重铬酸钾、乙酸镍、氟化镍等都含有重金属离子，废液需处理才能排放，否则会对人体和环境造成不同程度的危害。因此，开发一种稳定的且对生态环境和人类健康无害的微弧氧化工艺及相应的封闭技术已成为铝合金微弧氧化技术一项重要而紧迫的研究内容。

发明内容

为克服现有技术中存在的微弧氧化后膜层表面不均匀、耐蚀性差、槽液不稳定，以及污染环境的步骤，本发明提出了一种制备铝合金耐蚀层的方法及所使用的电解液。

本发明包括以下步骤：

步骤1、试样的光洁度处理；使试样表面光洁度达到Ra<0.8；

步骤2、铝合金试样的预处理；所述铝合金试样的预处理包括除油和酸洗；

除油：通过碱洗液对打磨好的试样进行清洗；将铝合金试样浸入碱洗液中，控制碱洗液的温度为80℃，浸泡5min后取出试样用自来水冲洗以去除试样表面残留的氢氧化钠溶液；所述碱洗液为用氢氧化钠颗粒和去离子水配置的质量分数为10％的氢氧化钠溶液；