一種鋁/鈦復合板表面微弧氧化膜及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及鋁/鈦復合板表面陶瓷氧化膜層領域，具體是一種鋁/鈦復合板表面微弧氧化膜及其制備方法。
【背景技術】
[0002]鋁/鈦復合板是通過爆炸焊接復合法在鋁合金表面上覆一層耐腐蝕性、耐氧化性等較強的鈦合金制備得到層狀復合板金屬，兼有鋁的低比重、高導熱性和鈦的耐高溫、耐腐蝕的特點，在航空航天、核工業、石油化工等領域具有十分廣闊的應用前景。在爆炸焊接過程中，結合區發生金屬的塑性變形、熔化及擴散現象，從而導致復板與基板在界面處形成冶金結合，使制備的金屬復合板材料有著優異的界面結合性能。比如，國家發明專利申請號201310018294.6公布了一種316L不銹鋼與CuCrZr合金復合板的爆炸焊方法，該復合板可以復合熱核聚變發電試驗堆的應用要求。但是由于復合板由兩種異質金屬組成，在服役環境下的電解介質中，其焊接縫隙處會發生嚴重的間隙腐蝕、電偶腐蝕等。為了增強其耐蝕性，擴大服役范圍，延長服役壽命，可以通過在復合板表面形成保護膜來實現。針對此問題，已研宄通過在陽極氧化、電鍍工藝進行防護。但陽極氧化的預處理要求嚴格，且陽極氧化膜比較薄、致密性差；電鍍層必須進行特殊的中間處理，且均鍍能力差、電鍍工藝易污染環境。也有采用了熱噴涂、生物膜等，但是效果不太理想。
[0003]本發明提出使用微弧氧化技術在復合板上原位生長一層陶瓷膜來進行防護。專利申請號201410090494.7公布了一種在鋁合金表面生成超耐磨涂層的兩步微弧氧化法，專利申請號201410138693.0公布了一種鈦合金微弧氧化電解液及微弧氧化方法。目前常見的是針對單質金屬進行微弧氧化處理，對異質金屬復合材料進行微弧氧化處理的報道不多。因此，亟需提出針對鋁/鈦復合板表面的微弧氧化處理方法，以解決其耐蝕、耐氧化性會K。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是針對鋁/鈦復合板在服役環境中，焊接縫隙處會產生嚴重的間隙腐蝕、電偶腐蝕等問題，利用微弧氧化技術，提供一種鋁/鈦復合板表面微弧氧化膜及其制備方法。
[0005]本發明解決上述技術問題的技術方案如下:
[0006]1.一種鋁/鈦復合板表面微弧氧化膜，所述的鋁/鈦復合板是以Ti為基板、Al為復板經過爆炸焊接形成。所述的鋁/鈦復合板表面微弧氧化膜是利用微弧氧化技術對鋁/鈦復合板進行一次處理，在鋁和鈦表面同時形成氧化膜。所述鋁表面氧化膜層成分為Al2O3,厚度為21 μ m?48 μ m，硬度為:360?482HV。所述鈦表面氧化膜層成分為T12,厚度為12 μ m ?26 μ m，硬度為:849 ?1240HV。
[0007]2.鋁/鈦復合板表面微弧氧化膜的制備方法，制備步驟如下:
[0008](I)預處理:將鋁/鈦復合板試樣經過砂紙逐級打磨后在丙酮中超聲清洗15min，室溫風干。
[0009](2)制備涂層:以鋁/鈦復合板試樣為陽極，以不銹鋼板為陰極，將鋁/鈦復合板試樣陽極浸沒在電解液中，采用交流恒壓模式或恒流模式處理，所述電解液由濃度為9?10g/L的硅酸鈉、濃度為I?2g/L的氟化鈉、濃度為I?2g/L的氫氧化鈉、濃度為2?3g/L的六偏磷酸鈉、濃度為2g/L的碳酸鈉、濃度為2g/L的焦磷酸鈉其中的一種或幾種組成。電特性參數:正電壓為360?450V，負電壓為O?-200V，正向電流密度為5?20A/dm2，負向電流密度為O?-5A/dm2，正負占空比均為8?20%，頻率為50?500Hz。處理溫度低于60°C，處理時間為20min?60min，得到銷/鈦復合板表面微弧氧化膜。
[0010]本發明的有益效果是:
[0011]1.本發明是采用微弧氧化技術制備了陶瓷膜涂層，與基體結合好，涂層均勻致密。在鋁、鈦焊縫處氧化膜結合致密，具有較好的保護作用。
[0012]2.本發明的陶瓷膜涂層是鋁/鈦復合板在電解液中一次性微弧氧化處理得到，無需將二者逐次分別進行處理。
[0013]3.本發明的陶瓷膜制備方法可以為對異質金屬工件進行微弧氧化處理提供指導。
[0014]4.通過控制電特性參數和添加劑濃度可獲得不同成分和厚度的涂層，工藝簡單且重復性好，可用于工業大面積制備。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明實施例1鋁/鈦復合板表面絕緣陶瓷膜層的Ti表面形貌。
[0016]圖2為本發明實施例1鋁/鈦復合板表面絕緣陶瓷膜層的Al表面形貌
[0017]圖3為本發明實施例1鋁/鈦復合板表面絕緣陶瓷膜層的截面形貌
[0018]圖4為本發明實施例1鋁/鈦復合板表面絕緣陶瓷膜層的Ti表面XRD圖譜
[0019]圖5為本發明實施例1鋁/鈦復合板表面絕緣陶瓷膜層的Al表面XRD圖譜
【具體實施方式】
[0020]下面結合實施例及附圖對本發明作進一步描述，但不限制本發明的保護范圍和應用范圍。
[0021]實施例1
[0022]一種鋁/鈦復合板表面微弧氧化膜的制備方法，包括以下步驟:
[0023]1.預處理:將鋁/鈦復合板試樣經過砂紙逐級打磨后在丙酮中超聲清洗15min，室溫風干；
[0024]2.制備涂層:以鋁/鈦復合板試樣為陽極，以不銹鋼板為陰極，將鋁/鈦復合板試樣陽極浸沒在電解液中，然后再陰極和陽極之間施加脈沖電壓，正電壓為360V，負電壓0V，正向電流密度ΙΟΑ/dm2，負向電流密度為0，頻率為300Hz，正負占空比為10%。處理溫度低于60°C，處理時間為30min，得到鋁/鈦復合板表面微弧氧化膜，膜厚度:鋁面膜厚為30 μ m，鈦面膜厚為12 μ m ;鋁面氧化膜硬度為:420HV，鈦面氧化膜硬度為:890HV ;鋁面氧化膜層主要成分為Al2O3,鈦面氧化膜層主要成分為T12。
[0025]上述電解液組成:硅酸鈉9g/L，氟化鈉2g/L，氫氧化鈉lg/L，六偏磷酸鈉2g/L，碳酸鈉濃2g/Lo
[0026]實施例2
[0027]一種鋁/鈦復合板表面微弧氧化膜的制備方法，包括以下步驟:
[0028]1.預處理:將鋁/鈦復合板試樣經過砂紙逐級打磨，然后在丙酮中超聲清洗15min，室溫風干；
[0029]2.制備涂層:以鋁/鈦復合板試樣為陽極，以不銹鋼板為陰極，將鋁/鈦復合板試樣陽極浸沒在電解液中，然后再陰極和陽極之間施加脈沖電壓，正電壓為450V，負電壓0V，正向電流密度ΙΟΑ/dm2，負向電流密度為0，頻率為500Hz，正負占空比為12%。處理溫度低于60°C，處理時間為30min，得到鋁/鈦復合板表面微弧氧化膜，膜厚度:鋁面膜厚為43 μ m，鈦面膜厚為21 μ m ;鋁面氧化膜硬度為:482HV，鈦面氧化膜硬度為:1240HV ;鋁面氧化膜層主要成分為Al2O3,鈦面氧化膜層主要成分為T12。
[0030]上述電解液組成:硅酸鈉9g/L，氫氧化鈉lg/L，焦磷酸鈉2g/L，碳酸鈉濃2g/L。
[0031]實施例3
[0032]一種鋁/鈦復合板表面微弧氧化膜的制備方法，包括以下步驟:
[0033](I)預處理:將鋁/鈦復合板試樣經過砂紙逐級打磨，然后在丙酮中超聲清洗15min，室溫風干；
[0034](2)制備涂層:以鋁/鈦復合板試樣為陽極，以不銹鋼板為陰極，將鋁/鈦復合板試樣陽極浸沒在電解液中，在恒流模式下，正向電流密度ΙΟΑ/dm2，負向電流密度為OA/dm2，頻率為500Hz，正負占空比為10%。處理溫度低于60°C，處理時間為30min，得到鋁/鈦復合板表面微弧氧化膜，膜厚度:鋁面膜厚為48 μ m，鈦面膜厚為26 μ m ;鋁面氧化膜硬度為360HV，鈦面氧化膜硬度為849HV ;鋁面氧化膜層主要成分為Al2O3,鈦面氧化膜層主要成分為:Ti02o
[0035]上述電解液組成電解液:硅酸鈉9g/L，氟化鈉lg/L，氫氧化鈉2g/L，六偏磷酸鈉3g/L，碳酸鈉濃2g/Lo
[0036]實施例4
[0037]一種鋁/鈦復合板表面微弧氧化膜的制備方法，包括以下步驟:
[0038](I)預處理:將鋁/鈦復合板試樣經過砂紙逐級打磨，然后在丙酮中超聲清洗15min，室溫風干；
[0039](2)制備涂層:以鋁/鈦復合板試樣為陽極，以不銹鋼板為陰極，將鋁/鈦復合板試樣陽極浸沒在電解液中，在恒流模式下，正向電流密度20A/dm2，負向電流密度為OA/dm2，頻率為300Hz，正負占空比為20%。處理溫度低于60°C，處理時間為60min，得到鋁/鈦復合板表面微弧氧化膜，膜厚度:鋁面膜厚為21 μ m，鈦面膜厚為24 μ m ;鋁面氧化膜硬度為465HV，鈦面氧化膜硬度為1024HV ;鋁面氧化膜層主要成分為Al2O3，鈦面氧化膜層主要成分為:Ti02o
[0040]上述電解液組成電解液:硅酸鈉10g/L，氟化鈉2g/L，氫氧化鈉2g/L，碳酸鈉濃2g/L0
【主權項】
1.一種鋁/鈦復合板表面微弧氧化膜，其特征在于:所述的鋁/鈦復合板是以Ti為基板、Al為復板經過爆炸焊接形成；所述的鋁/鈦復合板表面微弧氧化膜是利用微弧氧化技術對鋁/鈦復合板進行一次處理，在鋁和鈦表面同時形成氧化膜；所述鋁表面氧化膜層成分為Al2O3,厚度為21 μ m?48 μ m，硬度為:360?482HV ;所述鈦表面氧化膜層成分為T12,厚度為12 μ m?26 μ m，硬度為:849?1240HV。
2.如權利要求1所述的鋁/鈦復合板表面微弧氧化膜的制備方法，其特征在于，制備步驟如下: (1)預處理:將鋁/鈦復合板試樣經過砂紙逐級打磨后在丙酮中超聲清洗15min，室溫風干； (2)制備涂層:以鋁/鈦復合板試樣為陽極，以不銹鋼板為陰極，將鋁/鈦復合板試樣陽極浸沒在電解液中，采用交流恒壓模式或恒流模式處理，所述電解液由濃度為9?10g/L的硅酸鈉、濃度為I?2g/L的氟化鈉、濃度為I?2g/L的氫氧化鈉、濃度為2?3g/L的六偏磷酸鈉、濃度為2g/L的碳酸鈉、濃度為2g/L的焦磷酸鈉其中的一種或幾種組成；電特性參數:正電壓為360?450V，負電壓為O?-200V，正向電流密度為5?20A/dm2,負向電流密度為O?-5A/dm2，正負占空比均為8?20%，頻率為50?500Hz，處理溫度低于60°C，處理時間為20min?60min，得到鋁/鈦復合板表面微弧氧化膜。
【專利摘要】本發明公開了一種鋁/鈦復合板表面微弧氧化膜及其制備方法。該氧化膜是通過一次性微弧氧化處理Ti/Al復合板兩側，在其表面上同時得到的。氧化膜制備方法具體為：以Al為基板、Ti為覆板通過爆炸焊接得到的復合板試樣為陽極，以不銹鋼板為陰極，將Al/Ti復合板試樣作為陽極浸沒在電解液中，采用恒壓模式或恒流模式處理。本發明的優點：1.本發明制備的微弧氧化膜涂層與基體結合好，涂層均勻致密，表現出優異的抗氧化性能、耐蝕性、耐磨性等。2.本發明制備方法可以提高焊縫的耐蝕性，工藝簡單且重復性好，可大面積制備，為異質金屬復合材料的微弧氧化處理提供指導作用。
【IPC分類】C25D11-26, C25D11-04
【公開號】CN104846412
【申請號】CN201510207720
【發明人】李偉洲, 陳泉志, 楊文芬, 史和生, 曾建民, 唐仕光
【申請人】廣西大學, 南京和暢新材料有限公司, 廣西南寧金鉑洲材料有限公司
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年4月28日