本發(fā)明涉及鑄造鋁基復(fù)合材料表面處理技術(shù)，具體為一種鑄造鋁基復(fù)合材料表面棕色微弧氧化膜的制備方法。
背景技術(shù)：
：微弧氧化（MAO，Micro-arcoxidation），又稱“微等離子體氧化”、“陽極火花沉淀”、“火花放電陽極氧化”?？芍苯釉陂y金屬（Mg、Al、Ti、Zr、Nb）表面原位生長陶瓷膜層，達(dá)到工件表面強(qiáng)化、硬度大幅度提高、耐磨、耐蝕、絕緣及抗高溫?zé)釠_擊等性能得到改善的目的。微弧氧化是在傳統(tǒng)的陽極氧化的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其本質(zhì)就是一個陶瓷膜瞬間擊穿的過程。從最初的“電子雪崩”模型、陶瓷層擊穿電壓到后來的“微橋放電”模型，可以說微弧氧化的理論研究主要圍繞著電擊穿理論進(jìn)行的，在電擊穿過程中，往往伴隨著有火花放電現(xiàn)象產(chǎn)生以及膜層組織、結(jié)構(gòu)的改變，是物理放電、電化學(xué)氧化及熱化學(xué)、熱處理等協(xié)同作用的結(jié)果。陶瓷氧化膜的形成過程非常復(fù)雜，所以研究難度較常規(guī)氧化困難，到目前為止，尚無一種理論模型能夠定量、圓滿地解釋所有的微弧氧化實驗現(xiàn)象和描述膜層的形成過程。目前，有關(guān)微弧氧化膜的制備研究存在如下不足之處：1、目前尚沒有文獻(xiàn)公開報道過鋁基復(fù)合材料棕色的微弧氧化膜；2、膜層的耐腐蝕性差，硬度、耐腐蝕性、結(jié)合強(qiáng)度及絕緣電阻較低。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明為了解決現(xiàn)有鑄造鋁基復(fù)合材料表面微弧氧化膜存在適用性、耐腐蝕性較差且硬度、耐腐蝕性、結(jié)合強(qiáng)度及絕緣電阻較低的問題，提供了一種鑄造鋁基復(fù)合材料表面棕色微弧氧化膜的制備方法。本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種鑄造鋁基復(fù)合材料表面棕色微弧氧化膜的制備方法，采用如下步驟：a、采用水砂紙對鑄造鋁基復(fù)合材料工件表面進(jìn)行打磨后放入水洗槽進(jìn)行清洗；b、在去離子水中按如下質(zhì)量體積比依次加入NaOH2-4g/L，CuSO41-2g/L，Na2SiO38-15g/L，（NaPO3）610-15g/L，Na2WO45-10g/L，EDTA3-8g/L，制得溶液的PH值為8-11，攪拌至充分溶解；c、將鑄造鋁基復(fù)合材料工件放入溶液中，工件與陽極連接，溶液槽體的不銹鋼板連接陰極后，打開微弧氧化電源，設(shè)置電源參數(shù)：占空比5-10%，電源頻率800-1000Hz，正負(fù)脈沖比5：1，氧化電壓500-600V，電流密度10-15A/dm2，工作溫度35-45℃，且給電方式為階梯給電，階梯級數(shù)3-5級；d、氧化20-30min后關(guān)閉電源，便可在鑄造鋁基復(fù)合材料工件表面制備出棕色微弧氧化膜；e、將鑄造鋁基復(fù)合材料工件放入水洗槽中清洗干凈并晾干。溶液配方中Na2SiO3和NaOH作為體系溶液，當(dāng)Na2SiO3和NaOH濃度過低時，電解液導(dǎo)電率降低，影響起弧電壓，甚至可能導(dǎo)致無法起??；當(dāng)Na2SiO3和NaOH濃度過高時，電解液電導(dǎo)率升高，電流變大，導(dǎo)致膜層粗糙，甚至可能造成基體燒蝕。溶液配方中CuSO4為著色鹽，其濃度直接影響氧化膜顏色，經(jīng)試驗證明，CuSO4濃度低于1g/L時，著色不明顯，氧化膜顏色接近白色；當(dāng)CuSO4濃度高于2g/L時，過多的CuSO4在堿性溶液中無法溶解，著色效果提升并不明顯。溶液配方中（NaPO3）6為抑弧劑，能夠起到抑制弧光作用的效果，弧光作用的強(qiáng)弱直接影響膜層孔隙的大小，適當(dāng)?shù)幕」鈴?qiáng)度有利于提高膜層的致密性，減少微裂紋的形成。試驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)（NaPO3）6濃度不足10g/L時，試件表面弧點變化不明顯；當(dāng)加入10-15g/L（NaPO3）6時，試件表面弧點由大而分散變?yōu)槲⑿《鶆颉Ｈ芤号浞街蠩DTA為絡(luò)合劑，起到穩(wěn)定槽液成份，均勻離子分布的作用，當(dāng)EDTA濃度過低時，膜層出現(xiàn)顏色不均的現(xiàn)象。溶液配方中Na2WO4作為添加劑，可以使槽液中鋁離子與氧離子反應(yīng)加強(qiáng)，在工件的缺陷部位吸附，填補孔隙，提高致密層厚度，從而提高膜層的耐蝕性、硬度、粗糙度。微弧氧化本質(zhì)是高電壓擊穿氧化膜，產(chǎn)生火花放電，從而形成熔融的陶瓷膜，電壓是非常關(guān)鍵的因素，當(dāng)電壓低于300V時，微弧氧化過程不能正常進(jìn)行；而電壓低于500V時，雖然形成微弧氧化膜層，但由于電壓不足以擊穿已形成的氧化膜，導(dǎo)致氧化膜厚度薄；當(dāng)電壓高于600V時，由于電壓過高，電流也會相應(yīng)升高，火花放電過程劇烈，槽液溫度升高，氧化膜粗糙，從而影響氧化膜的性能，甚至出現(xiàn)燒蝕現(xiàn)象。微弧氧化開始時，工件表面會先形成硬質(zhì)氧化膜層，通過升高電壓，擊穿氧化膜，形成新的熔融微弧氧化膜。工件長時間處于低電流密度的溶液中，會出現(xiàn)電腐蝕，損壞工件。微弧氧化過程中，如電流密度過低，氧化膜生成速率慢；如電流密度過高，火花放電過程劇烈，膜層孔隙直徑變大，影響致密層的厚度，從而導(dǎo)致膜層硬度、耐蝕性降低，膜層粗糙。脈沖頻率影響單個脈沖的放電能量。脈沖頻率過低，單個脈沖放電能量越大，火花放電越強(qiáng)，膜層致密性會降低；脈沖頻率過高，膜層致密性提高，膜層硬度、耐腐蝕性、耐磨性等性能提高，但會影響膜層生成速率。占空比影響單個脈沖放電持續(xù)時間，占空比過低，單個脈沖時間過短，能量不足，微弧放電不充分；占空比過高，單個脈沖時間過長，能量過大，導(dǎo)致膜層孔隙直徑變大，硬度及耐蝕性降低，表面粗糙。溫度在微弧氧化過程中亦極為關(guān)鍵，溫度過高會使槽液離子活性增強(qiáng)，電導(dǎo)率提高，氧化膜生成速率加快，膜層粗糙度增加。本發(fā)明通過大量反復(fù)的試驗，選取出溶液的組分含量及微弧氧化電源參數(shù)，克服了現(xiàn)有鑄造鋁基復(fù)合材料表面微弧氧化膜存在適用性、耐腐蝕性較差且硬度、耐腐蝕性、結(jié)合強(qiáng)度及絕緣電阻較低的問題。本發(fā)明所述的制備方法提供了一種棕色氧化膜，顏色均勻，提高了適用性及氧化膜的致密性，減少了微裂紋，而且大幅度提高硬度、耐腐蝕性、耐磨性、絕緣性及結(jié)合強(qiáng)度，改善了粗糙度，同時膜層的硬度高達(dá)HV1500-2200，耐蝕性為鹽霧試驗200h無腐蝕跡象，采用量程為500MΩ的絕緣電阻表檢測，絕緣電阻為+∞;結(jié)合強(qiáng)度＞30MPa，而現(xiàn)有技術(shù)微弧氧化膜層96h鹽霧試驗出現(xiàn)腐蝕痕跡，絕緣電阻為100MΩ。具體實施方式實施例1一種鑄造鋁基復(fù)合材料表面棕色微弧氧化膜的制備方法，采用如下步驟：a、采用水砂紙對鑄造鋁基復(fù)合材料工件表面進(jìn)行打磨后放入水洗槽進(jìn)行清洗；b、在去離子水中按如下質(zhì)量體積比依次加入NaOH2g/L，CuSO41g/L，Na2SiO38g/L，（NaPO3）610g/L，Na2WO45g/L，EDTA3g/L，制得溶液的PH值為8，攪拌至充分溶解；c、將鑄造鋁基復(fù)合材料工件放入溶液中，工件與陽極連接，溶液槽體的不銹鋼板連接陰極后，打開微弧氧化電源，設(shè)置電源參數(shù)：占空比10%，電源頻率1000Hz，正負(fù)脈沖比5：1，氧化電壓500V，電流密度15A/dm2，工作溫度35℃，且給電方式為階梯給電，階梯級數(shù)3級；d、氧化20min后關(guān)閉電源，便可在鑄造鋁基復(fù)合材料工件表面制備出棕色微弧氧化膜；e、將鑄造鋁基復(fù)合材料工件放入水洗槽中清洗干凈并晾干。階梯給電表見表1。階梯時間(min)電壓（V）電流（A/dm2）2300153400151550015表1制得的氧化膜顏色為淺棕色，厚度23μm，膜層硬度HV1700，鹽霧試驗200小時無腐蝕跡象，采用量程為500MΩ的絕緣電阻表檢測，絕緣電阻為+∞;結(jié)合強(qiáng)度＞30MPa。實施例2一種鑄造鋁基復(fù)合材料表面棕色微弧氧化膜的制備方法，采用如下步驟：a、采用水砂紙對鑄造鋁基復(fù)合材料工件表面進(jìn)行打磨后放入水洗槽進(jìn)行清洗；b、在去離子水中按如下質(zhì)量體積比依次加入NaOH3.7g/L，CuSO41.3g/L，Na2SiO313g/L，（NaPO3）611g/L，Na2WO48g/L，EDTA3.5g/L，制得溶液的PH值為9.8，攪拌至充分溶解；c、將鑄造鋁基復(fù)合材料工件放入溶液中，工件與陽極連接，溶液槽體的不銹鋼板連接陰極后，打開微弧氧化電源，設(shè)置電源參數(shù)：占空比5%，電源頻率938Hz，正負(fù)脈沖比5：1，氧化電壓600V，電流密度10A/dm2，工作溫度39℃，且給電方式為階梯給電，階梯級數(shù)4級；d、氧化27min后關(guān)閉電源，便可在鑄造鋁基復(fù)合材料工件表面制備出棕色微弧氧化膜；e、將鑄造鋁基復(fù)合材料工件放入水洗槽中清洗干凈并晾干。階梯給電表見表2。階梯時間(min)電壓（V）電流（A/dm2）2300103400104500101160010表2制得的氧化膜顏色為棕色，厚度25μm，膜層硬度HV1900，鹽霧試驗200小時無腐蝕跡象，采用量程為500MΩ的絕緣電阻表檢測，絕緣電阻為+∞;結(jié)合強(qiáng)度＞30MPa。實施例3一種鑄造鋁基復(fù)合材料表面棕色微弧氧化膜的制備方法，采用如下步驟：a、采用水砂紙對鑄造鋁基復(fù)合材料工件表面進(jìn)行打磨后放入水洗槽進(jìn)行清洗；b、在去離子水中按如下質(zhì)量體積比依次加入NaOH4g/L，CuSO42g/L，Na2SiO315g/L，（NaPO3）615g/L，Na2WO410g/L，EDTA8g/L，制得溶液的PH值為11，攪拌至充分溶解；c、將鑄造鋁基復(fù)合材料工件放入溶液中，工件與陽極連接，溶液槽體的不銹鋼板連接陰極后，打開微弧氧化電源，設(shè)置電源參數(shù)：占空比8%，電源頻率1000Hz，正負(fù)脈沖比5：1，氧化電壓547V，電流密度12A/dm2，工作溫度45℃，且給電方式為階梯給電，階梯級數(shù)4級；d、氧化30min后關(guān)閉電源，便可在鑄造鋁基復(fù)合材料工件表面制備出棕色微弧氧化膜；e、將鑄造鋁基復(fù)合材料工件放入水洗槽中清洗干凈并晾干。階梯給電表見表3。階梯時間(min)電壓（V）電流（A/dm2）2300123400124500122160012表3制得的氧化膜顏色為深棕色，厚度30μm，膜層硬度HV2130，鹽霧試驗200小時無腐蝕跡象，采用量程為500MΩ的絕緣電阻表檢測，絕緣電阻為+∞;結(jié)合強(qiáng)度＞30MPa。具體實施過程中，鑄造鋁基復(fù)合材料工件的尺寸為100mm×50mm×5mm，材料型號為YRZ-02；設(shè)備采用交流雙脈沖微弧氧化生產(chǎn)線，電源為MAO300，電源功率300KW，根據(jù)需要可以采用恒電壓氧化法或者恒電流氧化法。當(dāng)前第1頁1 2 3