一種降低高硅鋁合金微弧氧化單位能耗的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及鋁合金表面處理領域，特別涉及一種降低高硅鋁合金微弧氧化單位能 耗的方法。
【背景技術】
[0002] Al-Si系合金具有比強度高、可焊性和熱膨脹性好以及價格低廉等特點，被廣泛應 用于機械設備、航空航天和電子封裝等領域。但是其耐蝕、耐磨性差，限制了其的進一步應 用。隨著現代工業的不斷發展，對材料的性能要求也越來越高。為此，在使用前通常需要對 鑄造鋁合金進行表面處理，以提高其硬度、耐磨性、耐蝕性等性能，延長其使用壽命。
[0003] 微弧氧化作為一種從陽極氧化發展而來的新型表面處理技術，其具備非常突出的 優點，如所用電解液清潔環保、工藝設備簡單、處理能力強等以及可制備出綜合性能優良的 陶瓷膜層，使得微弧氧化技術得到了廣泛關注，并在機械制造、航空航天、通訊器材等領域 有著廣闊的應用潛景。
[0004] 微弧氧化進行的必要條件是在微弧氧化第一階段，樣品表面能夠形成高阻抗的鈍 化膜來促進擊穿放電。高硅鋁合金（質量百分數>7%)中硅元素含量較高，而硅在微弧氧 化初期難以鈍化，阻礙了試樣表面形成高阻抗的鈍化膜，導致其起弧時間過長，膜層生長緩 慢，整個過程單位能耗過高（遠高于形變鋁合金）。因此縮短鑄造鋁硅合金微弧氧化過程起 弧時間，降低單位能耗對于推動該技術在工業生產中的實際應用具有重要意義。
[0005] 目前研宄中大多數都是通過對基材進行預處理來降低硅對微弧氧化的不利影響。
【發明內容】
[0006] 為了克服現有技術的上述缺點與不足，本發明的目的在于提供一種降低高硅鋁合 金微弧氧化單位能耗的方法，實現降低硅對微弧氧化的不利影響，且工藝簡單、高效、環保 的條件下，取得縮短鑄造鋁硅合金微弧氧化過程起弧時間，降低單位能耗的效果。
[0007] 本發明的目的通過以下技術方案實現：
[0008] 一種降低高硅鋁合金微弧氧化單位能耗的方法，先在高硅鋁合金的表面制備Ti/ Zr預鈍化膜，再進行微弧氧化處理；所述高硅鋁合金中硅的質量百分數>7%。
[0009] 所述在高硅鋁合金的表面制備Ti/Zr預鈍化膜，具體包括以下步驟：
[0010] (1)對高硅鋁合金進行前處理；
[0011] (2)在高硅鋁合金的表面制備Ti/Zr預鈍化膜：
[0012] (2-1)制備鈍化液：每升去離子水中含有l-5g單寧酸、l-4g氟鈦酸、l-2g氟鋯酸、 l_4g偏fji酸鈉；
[0013] (2-2)將高硅鋁合金浸泡在鈍化液中，處理時間為l-4min ;處理溫度為常溫（25°C 左右）。
[0014] 步驟（1)所述對高硅鋁合金進行前處理，具體為：
[0015] (1-1)依次用100#、400#、600#、800#、1000#的SiC砂紙將高硅鋁合金連續打磨至 表面光滑且劃痕一致為止；
[0016] (1-2)將打磨后的高硅鋁合金依次采用去離子水、丙酮在超聲波清洗儀中清洗，清 洗時間為8-10min，溫度為常溫。
[0017] 所述微弧氧化處理的工藝參數為：
[0018] 頻率為250-500HZ、正/負向電流密度為5-10/1-2. 5A/dm2、正/負向占空比為 10%-40%/10%-40%、正負脈沖比為1:1-3:1，處理時間為10-1511^11 ;
[0019] 微弧氧化電解液由去離子水、Na2SiOjP NaOH組成，其中每升去離子水中含有 6-12g Na2SiO3'l-3g NaOH0
[0020] 與現有技術相比，本發明具有以下優點和有益效果：
[0021] (1)本發明通過在高硅鋁合金表面制備預鈍化膜，覆蓋基體表面的硅元素，實現降 低硅對微弧氧化的不利影響，取得縮短鑄造鋁硅合金微弧氧化過程起弧時間，降低單位能 耗的效果。
[0022] (2)本發明的方法操作簡便易行，處理效率高（僅需l_3min)。
[0023] (3)本發明的方法使用的處理液清潔環保。
【附圖說明】
[0024] 圖1為本發明實施例1中ZL104鋁合金表面預鈍化膜的掃描電鏡照片；
[0025] 圖2為本發明實施例1中微弧氧化電壓-時間曲線；
[0026] 圖3為本發明實施例1中未經預鈍化處理的試樣微弧氧化膜層截面圖；
[0027] 圖4為本發明實施例1中經過預鈍化處理的試樣微弧氧化膜層截面圖；
[0028] 圖5為本發明實施例1中基體與微弧氧化陶瓷膜極化曲線；
[0029] 圖6為本發明實施例2中微弧氧化電壓-時間曲線；
[0030] 圖7為本發明實施例3中微弧氧化電壓-時間曲線；
[0031] 圖8為本發明實施例4中微弧氧化電壓-時間曲線。
【具體實施方式】
[0032] 下面結合實施例，對本發明作進一步地詳細說明，但本發明的實施方式不限于此。
[0033] 實施例1
[0034] 本實施例以ZL104鋁合金為例。ZL104鋁合金表面各元素含量如表1所示。
[0035] 表1 ZL104表面各兀素含量
[0036]
[0037] 從表1中可看出，ZL104鋁合金表面主要含有Al、Si和0,其表面硅含量為 15. 24%〇
[0038] 本實施例的降低高硅鋁合金微弧氧化單位能耗的方法，包括以下步驟：
[0039] (1)在高硅鋁合金的表面制備Ti/Zr預鈍化膜：
[0040] 將ZL104鋁合金依次用100#、400#、600#、800#、1000#的SiC砂紙連續打磨至表面 光滑且劃痕一致為止；經過工業酸洗和混合酸洗，并用蒸餾水沖洗干凈表面后，浸泡在鈍化 液中制備鈦/鋯鈍化膜；鈍化液中，每升去離子水中含有2g單寧酸、2g氟鈦酸、Ig氟鋯酸、 Ig偏釩酸鈉；成膜3min后取出吹干，可觀察到基體表面生成了平整均勻的金黃色預鈍化 膜。ZL104鋁合金表面預鈍化膜經掃描電鏡觀測其形態如圖1所示，從中可看出生成的預鈍 化膜致密平整，能夠很好的覆蓋基體。預鈍化膜表面各元素含量如表2所示。
[0041] 表2預鈍化膜表面各元素含量
[0042]
[0043] 從表2中可看出，預鈍化膜中主要含有C、0、A1以及極少量的Si、Ti、V、Zhg# 鈦/鋯鈍化膜處理后基體表層的硅已降低至2. 13%，降幅達到86. 02%，這說明ZL104表面 的硅大部分被鈍化膜覆蓋，這達到了通過化學轉化處理來覆蓋基體表層硅的目的。
[0044] (2)進行微弧氧化處理：配制微弧氧化電解液，在室溫下稱取8g Na2Si03、2g NaOH 溶入IL去離子水中，用磁力攪拌器使其充分溶解。溶液配制完畢后，采用雙極性脈沖電源 分別對ZL104鋁合金基體和覆有預鈍化膜的ZL104鋁合金進行微弧氧化處理，相關參數設 定為：正負向電流密度分別為IOA/dm 2和2. 5A/dm2,頻率400Hz，正負占空比30%，正負向脈 沖比1:1，處理時間為15min。微弧氧化處理完畢后，取出試樣，用去離子水反復沖洗并吹 干，即可得到微弧氧