一種鑄鋁合金微弧氧化陶瓷膜層及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種微弧氧化陶瓷膜層，尤其涉及一種鑄鋁合金微弧氧化陶瓷膜層， 本發(fā)明還公開了該陶瓷膜層的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鑄鋁合金因其鑄造性好、密度小、比強(qiáng)度高、耐蝕性好等特性，在高鐵接觸零部件 上的應(yīng)用越來越廣泛。但是其表面硬度低，耐磨性差，在很大程度上影響著其使用性能。而 陶瓷材料以其優(yōu)異的耐磨性、高硬度等特點(diǎn)受到廣泛的關(guān)注。微弧氧化技術(shù)就能結(jié)合者兩 種材料的優(yōu)點(diǎn)。微弧氧化是在陽極氧化的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，是通過弧光放電的瞬時(shí)高溫 高壓作用在鋁合金及其他一些閥金屬表面原位生長出一層具有保護(hù)作用的陶瓷氧化膜。這 層膜能在保證基體使用性能的前提下能極大的改善鋁合金的耐磨損、耐腐蝕及絕緣性能， 因而在鋁合金的表面處理上有著廣闊的前景。但是傳統(tǒng)的微弧氧化電解液制備的陶瓷膜層 表面質(zhì)量較差，表面粗糙，從而降低了表面陶瓷層的耐磨性。此外，由于鑄鋁合金硅元素含 量高，所以更難在其表面成膜。
[0003] 為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種新的槽液配方，能夠使鑄鋁合金表面更容 易成膜，所加入的氧化鉍是一種固態(tài)潤滑劑，可以降低膜層表面的摩擦系數(shù)，提高耐磨性 能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決鑄鋁合金材料微弧氧化技術(shù)中所存在的上述不足，本發(fā)明提供了一種用于 鑄鋁合金表面微弧氧化制備耐磨陶瓷膜層的槽液，以及利用該槽液處理鑄鋁合金表面獲得 陶瓷膜層的方法。
[0005] 為達(dá)到發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是： 配制槽液，并對(duì)槽液超聲振蕩10-30 min，再磁力攪拌10-20 min，然后加入到微弧氧化 電解槽中，在制備過程中用攪拌器對(duì)槽液進(jìn)行攪拌，使槽液分布更加均勻。
[0006] 所述槽液為 Na2Si03 9H20、Na 2Mn04 2H20、NaF、Na0H 和 B i203 的水溶液，槽液組 成如下： Na2Si03 9H20 5 - 15 g/L Na2Mn04 2H20 3 - 8 g/L NaF 3 - 8 g/L NaOH 3 - 8 g/L Bi2〇3 1 - l〇 g/L 溶劑為去離子水。
[0007] 優(yōu)選的，槽液組成如下： Na2Si03 9H20 10 g/L Na2Mn04 2HZ0 5 g/L NaF 5 g/L NaOH 5 g/L Bi2〇3 7 g/L 溶劑為去離子水。
[0008] 本發(fā)明還涉及利用前述槽液對(duì)鑄鋁合金進(jìn)行表面處理的方法，所述方法包括：采 用直流脈沖微弧氧化裝置對(duì)鑄鋁合金表面進(jìn)行微弧氧化，將鑄鋁合金作陽極浸在槽液中， 帶冷卻系統(tǒng)的不銹鋼容器作為陰極，控制電流密度為35 A/dm2,不斷攪拌下恒流微弧氧化 時(shí)間為25 min，得到表面包覆耐磨陶瓷膜層的鑄鋁合金。
[0009] 優(yōu)選的，所述方法如下：槽液組成為：Na2Si03 9H 20 10g/L, Na2Mn04 2H20 5 g/ L，NaF 5 g/L，NaOH 5 g/L，B i203 7 g/L，溶劑為去離子水；采用直流脈沖微弧氧化裝置對(duì) 鑄鋁合金表面進(jìn)行微弧氧化，將鑄鋁合金作陽極浸在槽液中，帶冷卻系統(tǒng)的不銹鋼容器作 為陰極，控制電流密度為35 A/dm2,不斷攪拌下恒流微弧氧化時(shí)間為25 min，得到表面包覆 陶瓷膜層的鑄鋁合金。
[0010] 本發(fā)明的有益效果為：（1)本發(fā)明所采用的槽液更容易在硅元素含量高的鑄鋁合 金表面成膜；（2)本發(fā)明所采用的槽液能夠促成鑄鋁合金表面均勻成膜，使所形成的陶瓷 膜層表面光滑，粗糙度較小；（3 )本發(fā)明槽液中所添加的Bi203可以起到自潤滑作用，提高微 弧氧化陶瓷膜層的耐磨性能。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 下面結(jié)合具體方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā) 明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在 沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)范圍。
[0012] 實(shí)施例1 : 原料配制：15 g/L 的 Na2Si03 9H20、3 g/L 的 Na2Mn04 2H20、3 g/L 的 NaF、8 g/L 的NaOH、l g/L的Bi203，溶劑為去離子水，試樣為50mmX20mmX3mm的ZL101A鑄鋁合金，經(jīng) #800、#1000、#1500砂紙逐級(jí)打磨光滑，用去離子水清洗并干燥。
[0013] 材料制備：按上述組成，將 Na2Si03 9H20、Na 2Mn04 2H20、NaF、NaOH 和 Bi203 加 入去離子水中配成槽液，對(duì)槽液超聲振蕩10 min，再磁力攪拌20 min，然后加入到微弧氧化 電解槽中，并對(duì)其進(jìn)行攪拌。
[0014] 采用20 kW直流脈沖微弧氧化裝置對(duì)鑄鋁合金表面進(jìn)行微弧氧化，試樣作陽極浸 在槽液中，帶冷卻系統(tǒng)的不銹鋼容器作為陰極，控制電流密度為35 A/dm2,不斷攪拌下恒流 微弧氧化時(shí)間為25 min，得到表面包覆耐磨陶瓷膜層的鑄鋁合金。
[0015] 實(shí)施例2: 原料配制：5 g/L 的 Na2Si03 9H20、8 g/L 的 Na2Mn04 2H20、8 g/L 的 NaF、3 g/L 的 Na0H、3 g/L的Bi203，溶劑為去離子水，試樣為50mmX20mmX3mm的ZL101A鑄鋁合金，經(jīng) #800、#1000、#1500砂紙逐級(jí)打磨光滑，用去離子水清洗并干燥。
[0016] 材料制備：按上述組成，將 Na2Si03 9H20、Na 2Mn04 2H20、NaF、NaOH 和 Bi203 加 入去離子水中配成槽液，對(duì)槽液超聲振蕩15 min，再磁力攪拌15 min，然后加入到微弧氧化 電解槽中，并對(duì)其進(jìn)行攪拌。
[0017] 采用20 kW直流脈沖微弧氧化裝置對(duì)鑄鋁合金表面進(jìn)行微弧氧化，試樣作陽極浸 在槽液中，帶冷卻系統(tǒng)的不銹鋼容器作為陰極，控制電流密度為35 A/dm2,不斷攪拌下恒流 微弧氧化時(shí)間為25 min，得到表面包覆耐磨陶瓷膜層的鑄鋁合金。
[0018] 實(shí)施例3: 原料配制：10 g/L 的 Na2Si03 9H20、5 g/L 的 Na2Mn04 2H20、7 g/L 的 NaF、6 g/L 的Na0H、5 g/L的Bi203，溶劑為去離子水，試樣為50mmX20mmX3mm的ZL101A鑄鋁合金，經(jīng) #800、#1000、#1500砂紙逐級(jí)打磨光滑，用去離子水清洗并干燥。
[0019] 材料制備：按上述組成，將 Na2Si03 9H20、Na 2Mn04 2H20、NaF、NaOH 和 Bi203 加 入去離子水中配成槽液，對(duì)槽液超聲振蕩20 min，再磁力攪拌10 min，然后加入到微弧氧化 電解槽中，并對(duì)其進(jìn)行攪拌。
[0020] 采用20 kW直流脈沖微弧氧化裝置對(duì)鑄鋁合金表面進(jìn)行微弧氧化，試樣作陽極浸 在槽液中，帶冷卻系統(tǒng)的不銹鋼容器作為陰極，控制電流密度為35 A/dm2,不斷攪拌下恒流 微弧氧化時(shí)間為25 min，得到表面包覆耐磨陶瓷膜層的鑄鋁合金。
[0021] 實(shí)施例4: 原料配制：10 g/L 的 Na2Si03 9H20、8 g/L 的 Na2Mn04 2H20、4 g/L 的 NaF、5 g/L 的 NaOH、10 g/L的Bi203，溶劑為去離子水，試樣為50mmX 20mmX 3mm的ZL101A鑄鋁合金，經(jīng) #800、#1000、#1500砂紙逐級(jí)打磨光滑，用去離子水清洗并干燥。
[0022] 材料制備：按上述組成，將 Na2Si03 9H20、Na 2Mn04 2H20、NaF、NaOH 和 Bi203 加 入去離子水中配成槽液，對(duì)槽液超聲振蕩30 min，再磁力攪拌10 min，然后加入到微弧氧化 電解槽中，并對(duì)其進(jìn)行攪拌。
[0023] 采用20 kW直流脈沖微弧氧化裝置對(duì)鑄鋁合金表面進(jìn)行微弧氧化，試樣作陽極浸 在槽液中，帶冷卻系統(tǒng)的不銹鋼容器作為陰極，控制電流密度為35 A/dm2,不斷攪拌下恒流 微弧氧化時(shí)間為25 min，得到表面包覆耐磨陶瓷膜層的鑄鋁合金。
[0024] 表〗不同濃摩制備的臘層的塵擦磨損量
表1為采用HT-600型高溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)所制備試樣進(jìn)行摩擦磨損試驗(yàn)的結(jié)果， 可以看出，添加 Bi203后，陶瓷膜層的質(zhì)量損失大幅度降低，說明Bi203的添加提高了陶瓷膜 層的耐磨性。
[0025] 圖1不同Bi203濃度制備的陶瓷膜層的摩擦系數(shù) 從上述試驗(yàn)結(jié)果來看，不論是耐磨損性能，還是摩擦系數(shù)，添加 Bi203較未添加之前都 有明顯的改善。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種鑄鋁合金微弧氧化陶瓷膜層及其制備方法，其特征在于所采用的槽液為 Na2Si03 9H20、Na2Mn04 2H20、NaF、NaOH 和 B i203 的水溶液。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽液，其特征在于使用前先對(duì)槽液超聲振蕩10-30 min，再磁 力攪拌10-20 min。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽液，其特征在于所述槽液組成如下： Na2Si03 9H20 5 - 15 g/L Na2Mn04 2H20 3 - 8 g/L NaF 3 - 8 g/L NaOH 3 - 8 g/L Bi2〇3 1 - l〇 g/L 溶劑為去離子水。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的槽液，其特征在于所述槽液組成如下： Na2Si03 9H20 10 g/L Na2Mn04 2HZ0 5 g/L NaF 5 g/L NaOH 5 g/L Bi2〇3 7 g/L 溶劑為去離子水。5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一權(quán)利要求所述的槽液，對(duì)鑄鋁合金進(jìn)行表面處理的方法， 所述方法包括：采用直流脈沖微弧氧化裝置對(duì)鑄鋁合金表面進(jìn)行微弧氧化，將鑄鋁合金作 陽極浸在電解液中，帶冷卻系統(tǒng)的不銹鋼容器作為陰極，控制電流密度為35 A/dm2,不斷攪 拌下恒流微弧氧化時(shí)間為25 min，得到表面包覆陶瓷膜層的鑄鋁合金。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的槽液，對(duì)鑄鋁合金進(jìn)行表面處理的方法，所述方法如下：槽液 組成為：Na2Si0 3 9H20 10g/L, Na2Mn04 2H20 5 g/L, NaF 5 g/L, NaOH 5 g/L,B i203 7 g/ L，溶劑為去離子水；采用直流脈沖微弧氧化裝置對(duì)鑄鋁合金表面進(jìn)行微弧氧化，將鑄鋁合 金作陽極浸在電解液中，帶冷卻系統(tǒng)的不銹鋼容器作為陰極，控制電流密度為35 A/dm2,不 斷攪拌下恒流微弧氧化時(shí)間為25 min，得到表面包覆陶瓷膜層的鑄鋁合金。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種鑄鋁合金微弧氧化陶瓷膜層及其制備方法，所采用的槽液為Na2SiO3·9H2O、Na2MnO4·2H2O、NaF、NaOH和Bi2O3的水溶液。本發(fā)明所采用的槽液更容易在硅元素含量高的鑄鋁合金表面成膜，并能促成鑄鋁合金表面均勻成膜，使所形成的陶瓷膜層表面光滑，粗糙度較小，此外，槽液中所添加的Bi2O3還可以起到自潤滑作用，提高微弧氧化陶瓷膜層的耐磨性能。
【IPC分類】C25D11/06
【公開號(hào)】CN105624758
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410607784
【發(fā)明人】宋仁國, 戈云杰, 宋若希, 王超
【申請(qǐng)人】寧波瑞隆表面技術(shù)有限公司
【公開日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2014年11月3日