一種用于制備n摻雜微弧氧化陶瓷層的電解液的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及鋁合金的表面處理，特指一種用于鋁合金零件的耐磨、耐蝕表面處理方法，具體地，為一種用于制備N摻雜微弧氧化陶瓷層的電解液。
【背景技術】
[0002]鋁及其合金因質輕、比強度高、導電(熱)性好等優點而成為輕量化制造的主要材料。由于鋁及其合金本身的耐磨性、耐腐性等性能的不足，限制了它更廣泛的應用。
[0003]微弧氧化(Mi croarc Ox i dat i on )又稱等離子體微弧氧化(Mi crop I asmaOxidat1n)，是一種綠色環保、效果良好的表面處理技術，就是將Al或其合金置于電解質水溶液中，在高溫高壓、熱化學、等離子體化學和電化學等共同作用下使材料的表面產生火花放電斑點生成陶瓷膜層的方法。它使電化學生成的氧化膜經過微等離子體的高溫高壓作用發生相和結構的變化，從而使無序結構的氧化膜變成含有一定結晶態的a- Al2 O3相(也稱剛玉)和γ- Al2 O3相的致密陶瓷膜，微弧氧化生產的陶瓷膜具有極高的硬度、耐磨性和耐腐蝕性。
[0004]對鋁合金進行微弧氧化處理能大大拓寬鋁合金的應用范圍，而微弧氧化膜層的質量又直接影響到其應用性能。目前，通常采用電解液組成和電參數工藝(例如:微弧氧化施加的電壓、氧化時間、電流密度、占空比、頻率等參數)的優化組合，獲得具有一定厚度的陶瓷層。
[0005]陶瓷層結構由疏松層、致密層組成，膜層的耐蝕、耐磨性是由致密層的厚度決定的，而不是由微弧氧化膜的厚度決定的。陶瓷層的厚度主要受電壓、電流密度和時間的控制。增加施加的電壓，微弧氧化膜厚度增加速率快;氧化時間延長，也能在一定程度上增加陶瓷膜層的厚度，但與時間不成正比例關系。提高施加電壓，一方面受到微弧氧化設備性能的限制，另一方面，過高的施加電壓，會降低氧化膜層的性能；同時，微弧氧化過長時間越長，增加氧化膜層的粗糙度。陶瓷層厚度過大，對零件外形尺寸改變較大，影響諸如后續的裝配，表面粗糙度高，影響外觀質量，上述這些不足都影響了微弧氧化陶瓷層的進一步應用。
【發明內容】
[0006]為解決微弧氧化技術存在的上述不足，本發明提供了一種用于制備N摻雜微弧氧化陶瓷層的電解液，以及利用該電解液在鋁合金表面進行表面處理獲得含氮的微弧氧化陶瓷層，提高鋁合金的表面性能。
[0007]本發明的技術方案是:一種用于制備N摻雜微弧氧化陶瓷層的電解液，所述的電解液中含有10_25ml/L的有機堿。
[0008]所述的有機堿為三乙胺。
[0009]本發明在微弧氧化的電解液中添加一定量的三乙胺，在制備過程中用吹空氣對電解液進行攪拌，為減少三乙胺的揮發，需在微弧氧化電解槽上面加蓋子，保證電解液中三乙胺穩定的維持在一定濃度。
[0010]所述的電解液可以在本領域常規用于微弧氧化陶瓷層的電解液中添加三乙胺得至IJ，優先的，本發明所述的電解液組成如下:
NaOH1.0~1.5g/L
Na2S1312.0~16.0g/L
NaF0.5-1.0 g/L
三乙胺10-25ml/L
溶劑為蒸餾水。
[0011 ]更為優先的，所述的電解液組成如下:
NaOHI.2g/L
Na2S1315 g/L
NaF0.7 g/L
三乙胺15ml/L
溶劑為蒸餾水。
[0012]或者，所述電解液組成如下:
KOH2.0-3.5g/L
Na2S139.0~15g/L
三乙胺10-25ml/L
溶劑為蒸餾水。
[0013]更為優先的，所述的電解液組成如下:
KOH3.0g/L
Na2S1312 g/L
三乙胺18ml/L
溶劑為蒸餾水。
[0014]或者，所述電解液組成如下:
KOH2.5-4.0g/L
Na3PO430-40g/L
三乙胺10-25ml/L
NaF0.5-1.0 g/L
溶劑為蒸餾水。
[0015]更為優先的，所述的電解液組成如下:
KOH3.0g/L
Na3P0435g/L
三乙胺15ml/L
NaF0.8 g/L
溶劑為蒸餾水。
[0016]本發明所述用于微弧氧化制備N摻雜微弧氧化陶瓷層的電解液，所述的含氮微弧氧化陶瓷層通常指鋁合金表面實施的陶瓷層。本發明所述的鋁合金通常是指2A12、6061、6063等常用鋁合金。
[0017]本發明還涉及利用前述電解液對鋁合金表面進行處理的方法，所述方法包括:采用雙脈沖微弧氧化設備，以鋁合金為陽極浸沒在所述的電解液中，以不銹鋼容器為陰極，控制施加正電壓為400-500V，負電壓為60-120V，在微弧氧化時，采用先恒流后恒壓的模式，恒流階段的電流密度為20-25A/dm2，時間為I?2min。微弧氧化時間為40-60min，得到表面覆蓋含氮的陶瓷層的鋁合金。
[0018]本發明的有益效果:I)制備的陶瓷層具有優異的耐腐蝕性能;2)制備的陶瓷層表面較光滑，粗糙度小。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明實施例1微弧氧化膜層表面形貌，其中，圖a為電解液中未添加三乙胺，圖b為電解液中添加三乙胺；
圖2為本發明實施例1電解液中添加三乙胺時，微弧氧化膜層表面的X射線衍射圖譜；
圖3為本發明實施例1微弧氧化膜層的極化曲線比較圖。
【具體實施方式】
[0020]為進一步揭示本發明的技術方案，下面結合附圖詳細說明本發明的實施方式: 實施例1
采用2A12鋁合金為基體材料，電解液組成為:NaOH 1.2g ,Na2S13 15 g，NaF 0.7 g，三乙胺15ml，蒸餾水1L。采用30kW雙脈沖微弧氧化設備進行實驗，實驗正電壓400V，負電壓60V，正電壓頻率300 Hz;負電壓頻率100 Hz ;正電壓占空比為50%;負電壓占空比為30%;微弧氧化時間為40min。實驗過程中，保持溶液溫度在5°C左右。在微弧氧化時，采用先恒流后恒壓的模式，恒流階段的電流密度為20A/dm，時間為2min。
[0021]經對比實驗觀察，電解液中未添加三乙胺時，鋁合金表面微弧氧化陶瓷層表面粗糙、孔隙率高(如圖1a所示)，而經本發明的工藝處理后得到的微弧氧化膜層表面平整、光滑和低的孔隙率(如圖1b所示)。
[0022]采用X射線衍射儀(Bruker D8 Advance)對陶瓷層結構進行表征，陶瓷層的相組成見圖2;采用電化學工作站(PARSTAT 2273 )進行耐腐蝕性能測試，極化曲線如圖3所示。
[0023]實施例2
采用2A12鋁合金為基體材料，電解液組成為:NaOH Ig^Na2S13 12g，NaF 0.5g，三乙胺10ml，蒸餾水1L。采用與實施例1相同的方法，利用所述電解液對2A12鋁合金表面進行處理，得到表面覆蓋含氮陶瓷層的鋁合金。
[0024]實施例3
采用2A12鋁合金為基體材料，電解液組成為:NaOH 1.5g,Na2S13 16g，NaF lg，三乙胺25ml，蒸餾水1L。采用與實施例1相同的方法，利用所述電解液對2A12鋁合金表面進行處理，得到表面覆蓋含氮陶瓷層的鋁合金。
[0025]實施例4
采用6061鋁合金為基體材料，電解液組成為:KOH 3.0g,Na2S13 12 g，三乙胺18ml，蒸餾水1L。采用30kW雙脈沖微弧氧化設備進行實驗，實驗正電壓500V，負電壓120V，正電壓頻率500 Hz ;負電壓頻率300 Hz;正電壓占空比為55%;負電壓占空比為45%;微弧氧化時間為60min。實驗過程中，保持溶液溫度在5°C左右。在微弧氧化時，采用先恒流后恒壓的模式，恒流階段的電流密度為25A/dm，時間為Imin。
[0026]實施例5
采用6061鋁合金為基體材料，電解液組成為:KOH 2.0g,Na2S13 9g，三乙胺1ml，蒸餾水1L。采用與實施例4相同的方法，利用所述電解液對6061鋁合金表面進行處理，得到表面覆蓋含氮陶瓷層的鋁合金。
[0027]實施例6
采用6061鋁合金為基體材料，電解液組成為:KOH 3.5g,Na2S13 15g，三乙胺25ml，蒸餾水1L。采用與實施例4相同的方法，利用所述電解液對6061鋁合金表面進行處理，得到表面覆蓋含氮陶瓷層的鋁合金。
[0028]實施例7
采用6063鋁合金為基體材料，電解液組成為:KOH 3.0g,Na3PO4 35g，三乙胺15ml，NaF
0.8 g，蒸餾水1L。采用30kW雙脈沖微弧氧化設備進行實驗，實驗正電壓450V，負電壓100V，正電壓頻率400 Hz;負電壓頻率200 Hz;正電壓占空比為50%;負電壓占空比為40%;微弧氧化時間為50min。實驗過程中，保持溶液溫度在5°C左右。在微弧氧化時，采用先恒流后恒壓的模式，恒流階段的電流密度為20A/dm，時間為2min。
[0029]實施例8
采用6063鋁合金為基體材料，電解液組成為:KOH 2.5g,Na3PO4 30g，三乙胺1ml，NaF
0.5g，蒸餾水1L。采用與實施例7相同的方法，利用所述電解液對6063鋁合金表面進行處理，得到表面覆蓋含氮陶瓷層的鋁合金。
[0030]實施例9
采用6063鋁合金為基體材料，電解液組成為:KOH 4g,Na3PO4 40g，三乙胺25ml，NaFlg，蒸餾水1L。采用與實施例7相同的方法，利用所述電解液對6063鋁合金表面進行處理，得到表面覆蓋含氮陶瓷層的鋁合金。
【主權項】
1.一種用于制備N摻雜微弧氧化陶瓷層的電解液，其特征在于，所述電解液組成如下: NaOH1.0~1.5g/L Na2S1312.0~16.0g/L NaF0.5-1.0 g/L 三乙胺10-25ml/L 溶劑為蒸餾水。2.根據權利要求1所述的電解液，其特征在于，所述電解液組成如下: NaOH1.2g/L Na2S1315 g/L NaF0.7 g/L 三乙胺15ml/L 溶劑為蒸餾水。3.—種用于制備N摻雜微弧氧化陶瓷層的電解液，其特征在于，所述電解液組成如下: KOH2.0~3.5g/L Na2S139.0~15g/L 三乙胺10-25ml/L 溶劑為蒸餾水。4.根據權利要求3所述的電解液，其特征在于，所述電解液組成如下: KOH3.0g/L Na2S1312 g/L 三乙胺18ml/L 溶劑為蒸餾水。5.—種用于制備N摻雜微弧氧化陶瓷層的電解液，其特征在于，所述電解液組成如下: KOH2.5-4.0g/L Na3PO430-40g/L 三乙胺10-25ml/L NaF0.5-1.0 g/L 溶劑為蒸餾水。6.根據權利要求5所述的電解液，其特征在于，所述電解液組成如下: KOH3.0g/L Na3P0435g/L 三乙胺15ml/L NaF0.8 g/L 溶劑為蒸餾水。7.利用如權利要求1-6任一項所述的電解液對鋁合金表面進行微弧氧化處理的工藝，所述的工藝包括:采用雙脈沖微弧氧化設備，以鋁合金為陽極浸沒在所述的電解液中，以不銹鋼容器為陰極，控制施加正電壓為400-500V，負電壓為60-120V，在微弧氧化時，采用先恒流后恒壓的模式，恒流階段的電流密度為20-25A/dm2，時間為I?2min;微弧氧化時間為40-60min，得到表面覆蓋含氮的陶瓷層的鋁合金。
【專利摘要】本發明涉及鋁合金的表面處理，特指一種用于鋁合金零件的耐磨、耐蝕表面處理方法，具體地，為一種用于制備N摻雜微弧氧化陶瓷層的電解液。本發明針對鋁合金為材質的零件，采用微弧氧化技術，在鋁合金表面制備耐磨、耐蝕的陶瓷層。電解液中添加三乙胺后，微弧氧陶瓷層的耐腐蝕性能比未添加時，自腐蝕電流降低2個數量級，比基體合金降低了4個數量級。
【IPC分類】C25D11/06
【公開號】CN105714354
【申請號】CN201610159875
【發明人】王紅星, 白允強, 毛向陽, 薛亞軍, 施超, 王濤, 譚國源
【申請人】南京工程學院