[发明专利]铝合金摩擦零件表面制备高耐磨自润滑复合氧化膜的方法

说明书

 

技术领域

本发明属于材料技术领域，特别涉及一种铝合金摩擦零件表面制备高耐磨自润滑复合氧化膜的方法。

背景技术

铝合金由于导热性好、轻质、使用噪音低等特点，经过表面阳极氧化处理形成硬质氧化膜后，被广泛应用于机械摩擦零件（轴、杆）的制备应用。经过阳极氧化处理后，其表面硬度和耐磨性都有很大的提高，但如作为摩擦零件材料，仍存在摩擦系数高、润滑性能差等缺点。随着环境友好对摩擦零件减少油润滑的需要，研究具有高耐磨自润滑性能的铝合金表面阳极氧化膜的制备新技术成为纺织、食品和缝纫等机械行业的迫切需求。

传统的铝合金表面硬质阳极氧化技术还无法满足具有高耐磨又具有自润滑性膜的制备要求，需要从氧化电源、氧化液组成、膜的组织结构等方面研究新技术。氧化膜的耐磨性的提高一般是通过使用新的氧化电源和共沉积颗粒来增强膜的硬度实现，而氧化膜的自润滑性能的改善，主要是基于阳极氧化膜的多孔性特点，人们多利用固体润滑材料封孔和表面涂覆高分子物质来改善其摩擦性能，如润滑油脂含浸法、特氟拉姆加工法，但由于氧化膜孔径很小加之表面浸入深度的限制，使得利用孔隙复合的方法受到了限制。

近年来，通过在氧化液中加入超细增强颗粒和减磨颗粒进行共沉积复合氧化的研究成为了热点，其中常见的增强颗粒有Al₂O₃、Fe₂O₃、SiC、TiO₂等难溶粉体，常用的减磨颗粒有PTFE、石墨、MoS₂等。然而，关于利用超细增强耐磨和减少摩擦的颗粒同时进行双颗粒或者多颗粒复合氧化膜制备的研究依然是崭新的课题。同时，由于氧化膜的组织结构与制备的电源、工艺参数、氧化液组成及其添加颗粒的浓度等紧密相关，颗粒复合阳极氧化技术的研究依然存在许多未知领域。因此，针对铝合金摩擦零件需要无油或者少油润滑的发展趋势，研究铝合金表面制备具有高耐磨自润滑性能的阳极氧化膜制备新技术，不仅具有重要的科学研究意义而且具有重要的应用价值。

发明内容

针对现有技术中的不足，结合铝合金摩擦零件表面需要高耐磨自润滑性能的工况，本发明的目的在于通过电解液配方的科学设计、利用新型脉冲电源进行复合阳极氧化膜优化制备，通过对氧化膜的精密热处理，发挥膜、增强相、固体润滑相和孔隙的协同匹配效应，提供一种满足机械无油润滑摩擦零件用铝合金表面高耐磨自润滑复合氧化膜制备先进技术。

本发明的一种铝合金摩擦零件表面制备高耐磨自润滑复合氧化膜的方法，包括以下步骤：

（1）配制阳极氧化用复合电解液按以下步骤进行：

（a）在氧化槽中倒入去离子水，将硫酸缓慢加入水中并不断搅拌形成硫酸溶液，再将酸性溶液加入硫酸溶液中搅拌使之充分溶解，然后将乙酸钠加入搅拌，将硫酸铝先倒入装有去离子水的烧杯中加热溶解后再加入电解液中，将甘油和表面活性剂加入到电解液中搅拌10~30min；其中，加入的酸性溶液、乙酸钠、硫酸铝、表面活性剂与硫酸的质量比为（3~25）：（5~10）：（3~5）：（0~1）：（150~250），甘油的体积与硫酸的质量比为(0~10)ml：(150~250)g；

（b）复合颗粒的预处理：配制复合表面活性剂溶液，其中十二烷基苯磺酸钠A.B.S的浓度为0.6g/L，烷基酚聚氧乙烯醚OP-10的浓度为0.4g/L；然后将纳米Al₂O₃或者SiC粉体倒入配制的复合表面活性剂溶液中，磁力搅拌器搅拌分散20~30min，使得复合表面活性剂溶液中纳米Al₂O₃的浓度为0~60g/L或SiC粉体的浓度为0~120g/L；再将上述溶液倒入体积分数为60%的PTFE乳液中利用磁力搅拌器搅拌1~2h，60%PTFE乳液与复合表面活性剂溶液的体积比为15~21：100；颗粒经复合表面活性剂溶液改性后表面带负电荷；