[发明专利]一种金属纳米陶瓷涂层制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及金属纳米陶瓷涂层制备。

【背景技术】

高速铁路接触网做为高铁运行过程中的一部分设备架设在空中，使用时几乎全程暴露在户外，或者隧道中，伴随着日益恶劣的环境，使得高铁接触网成了整个列车牵引供电系统最为脆弱的部件。电力机车受电弓的受流质量主要由接触网性能的好坏所决定，所以接触网一直以来都被认为是高速技术发展的主要难点之一。随着我国的高铁技术的日新月异和运行速度的快速提高，高铁接触网必须做到轻量化和很高的安全可靠性，依据铁道部2010年颁布的《300～350km/h电气化铁路接触网装备技术暂行技术条件》行业标准，高铁接触网腕臂支持类零件如：承力索座、套管座、双耳套筒、定位支座、锚支定位卡子等零件均使用铸造铝合金零部件。铸造铝合金具有熔炼和浇注温度较低、融化潜热大、流动性好的特点，常可以获得尺寸精度高、表面光洁、内在质量较好的薄壁和复杂铸件。因此，铸铝合金常被广泛应用在交通运输机械、化工机械设备、航空工业等领域。其中铝硅系合金是铸造铝合金中品种最多、用量最大的合金。但是，铸造铝合金由于耐腐蚀性、耐磨损性能差，即使大气条件下所形成的自然氧化膜在酸性或碱性条件下也极易溶解，严重影响使用寿命，常常限制了其广泛的应用。因此，人们常采用各种方法对铝合金表面进行改性处理以达到使用要求，高铁接触网铸造铝合金零部件目前常用的表面处理技术有热氧化法和硬质阳极氧化法，但都存在污染环境、成膜较薄、在比较苛刻的腐蚀环境中耐腐蚀性能和耐磨损性能等仍不能达到令人满意的要求这些问题。

微弧氧化技术是通过等离子体化学和电化学原理在有色金属基体表面原位生长一层陶瓷涂层的新技术，其过程操作简单，绿色环保无污染。微弧氧化生成的致密氧化膜使得陶瓷层具有优异的耐磨特性，并且能够有效阻止外部腐蚀环境对铝合金基体的渗透，从而有效防止腐蚀液等腐蚀介质对铝合金组织的破坏。铝合金的微弧氧化技术发展至今，大多数的研究都是围绕着低硅含量的形变铝合金进行的，由于铝硅系铸铝合金含有较高含量的硅，对陶瓷膜的形成具有抑制作用，所以现阶段对于铸铝表面微弧氧化技术的研究还不是很成熟。基于上述背景，本发明针对高铁接触网关键零部件广泛使用的铸造铝合金作为研究对象，开发微弧氧化纳米涂层技术以提高表面硬度和耐腐蚀性能。制备得到的涂层可以大幅度提高零部件的使用寿命，从而节约资源和能源，有效提升高铁的安全性，并缩短与国外同类产品的差距，增强相关产业的竞争优势。

【发明内容】

本发明提供一种金属纳米陶瓷涂层制备方法，改善金属纳米陶瓷涂层的质量。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种金属纳米陶瓷涂层制备方法，采用直流脉冲微弧氧化设备对金属表面进行微弧氧化处理，所述直流脉冲微弧氧化设备包括电源、控制系统和电解液槽，所述制备方法包括以下步骤：

S01)配置电解液，在水中加入硅酸钠、氟化钠和氢氧化钾，电解液按质量百分比包括8％-11％的硅酸钠、4％-6％的氟化钠、3％-6％的氢氧化钾、其余为水；

S02)将电解液放入电解液槽中，向电解液中加入纳米添加剂，纳米添加剂占电解液总质量百分比的3％-7％；

S03)电源的正极连接金属，电源的负极与电解液槽中的电解液导通，将金属放入电解液中，并控制电解液中的电流频率为100Hz-600Hz，电流占空比为20％-40％，电流密度为7A/dm²-19A/dm²；

S04)经过10min-50min后将电解液中的金属取出。

进一步的，所述直流脉冲微弧氧化设备还包括冷却装置，所述冷却系统将所述电解液的温度控制在15℃-40℃。

进一步的，所述直流脉冲微弧氧化设备还包括搅拌装置，所述搅拌装置对电解液槽中的电解液进行搅拌。

进一步的，在S03)前所述金属依次进行打磨、除油和超声波清洗处理。

进一步的，在S04)后对金属依次进行清洗和干燥。

进一步的，所述纳米添加剂为二氧化铝，纳米添加剂的粒径直径≤30nm。

本发明的有益效果：