一种铝基非晶合金复合材料及其制备方法
【专利说明】一种铝基非晶合金复合材料及其制备方法 【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种铝基非晶合金复合材料及其制备方法。 【【背景技术】】
[0002] 非晶合金的结构是一种短程有序而长程无序的特殊结构，具备常规晶体很难具备 的高强度、高硬度、高模量和高耐蚀性等优良性能，因此，近年来非晶合金作为金属材料研 究领域的一个热门课题得到广泛关注。目前，制得的非晶合金，有涉及铝基非晶合金的，但 普遍存在表面易被氧化，不耐酸碱服饰及磨损的问题。如果要在电子元器件，汽车零部件， 化工，航空航天等领域有一定运用，需要进一步改进铝基非晶合金复合材料的性能。 【
【发明内容】
】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是：弥补上述现有技术的不足，提出一种铝基非晶合 金复合材料及其制备方法，制得的铝基非晶合金复合材料耐腐蚀、耐磨，且具有高强度和高 硬度。
[0004] 本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：
[0005] -种铝基非晶合金复合材料的制备方法，包括以下步骤：1)制备具有如下通式的 铝基非晶合金基体:AlaMgbZrcRd，其中，a，b，c，d为对应元素的重量百分比，85% < a < 92%， 2% <b<10%，0.5% <c<4%，1% <d<6%，且a+b+c+d=l，R为Ti、La、Gd、Ce、Sc、Hf、Ta、 W、Nb中的一种或多种；2)对步骤1)得到的铝基非晶合金基体进行表面预处理，得到表面洁 净的铝基非晶合金基体;3)将经过表面预处理的铝基非晶合金基体和铅板置于盛有含氧化 性物质的电解液的电解槽中，以铝基非晶合金基体为阳极，以铅板为阴极，施加40~60V的 电压，3~6A/dm 2的电流密度，在20~60°C的电解液温度下进行阳极氧化，使铝基非晶合金 表面形成致密的氧化膜层;4)将形成有氧化膜层的铝基非晶合金复合材料进行清洗封孔和 干燥处理。
[0006] -种铝基非晶合金复合材料，包括铝基非晶合金基体和在所述铝基非晶合金基体 上的氧化膜层;所述错基非晶合金基体具有如下通式:AlaMgbZrcRd，其中，a，b，c，d为对应元 素的重量百分比，85% <a<92%，2% 10%，0·5% <cK6%，且a+b+c+d =1，1?为1^、1^、6(1工6、3(3、!^、了3、1恥中的一种或多种；所述氧化膜层中包括六12〇3、]^0、 Zr〇2和Rx0y，其中x、y是原子配比系数。
[0007] 本发明与现有技术对比的有益效果是：
[0008] 本发明的铝基非晶合金复合材料的制备方法，结合特定设计的铝基非晶合金基体 的组成以及阳极氧化处理，在活化原子氧化条件下使铝基非晶合金表面形成致密的氧化膜 层。制得的铝基非晶合金复合材料具有较好的非晶合金性能，表面着色和防护性能。经测 试，制得的复合材料耐腐蚀性能良好，耐磨性较好，且材料具有高强度和高硬度。 【【具体实施方式】】
[0009] 本发明的构思是:对铝基非晶合金的制备进行研究，以得到综合性能优良的铝基 非晶合金复合材料。对于铝基非晶合金材料的制备，行业内有各种讨论和研究，包括制备方 法和配方上的改良，如利用惰性气体保护通过甩带的方式制得非晶合金，又如通过成分中 加入少量的稀土元素来增强非晶合金的形成能力。而本发明中，从铝基非晶合金组成通式 上改进，并结合表面处理工艺，通过阳极氧化处理在铝基非晶合金表面形成粘附良好的氧 化膜层，解决复合材料表面力学性能上的不足，同时赋予铝基非晶合金表面的高疲劳强度， 低缺口敏感性以及导热，介电，声学方面独特的性质。在结合表面处理工艺时，本发明中，采 用活化原子氧化法，电压较低，电流密度较小，温度相对较低，通过电化学效应使原子活化， 通过活化原子间的相互反应，反应速率大幅度提升，从而在表面形成致密、且粘附结合牢固 的有一定厚度的膜层，从而材料综合性能优良，较好地解决了上述问题。
[0010] 本【具体实施方式】中，铝基非晶合金复合材料的制备方法包括以下步骤：
[0011] 1)制备具有如下通式的铝基非晶合金基体:AlaMgbZr cRd，其中，a，b，c，d为对应元 素的重量百分比，85% <a<92%，2% 10%，0.5% <cK6%，且a+b+c+d =1，1?为11、1^、6(1、〇6、5(3、^\丁&、1他中的一种或多种。
[0012] 该步骤中，制备上述通式的基体以便于在后续进行表面氧化，从而获得氧化膜层。 上述通式中，组分中的Al，Mg的阳极氧化易于进行，膜层也比较致密。少量的稀土元素 R，则 用于促进形成非晶合金。同时，由于Mg在后续氧化后形成的MgO具有一定的吸湿性，因此，为 了形成性能良好的膜层，控制Al，Mg的含量在上述的范围内。各组分以及组分含量严格选 择，从而在后续阳极氧化时得到较好的表面氧化膜层。
[0013] 2)对步骤1)得到的铝基非晶合金基体进行表面预处理，得到表面洁净的铝基非晶 合金基体。
[0014] 该步骤中，对铝基非晶合金基体进行表面预处理，例如，采用机械抛光、除蜡、除油 等方法，得到表面洁净的铝基非晶合金基体后，进行后续阳极氧化处理。
[0015] 3)将经过表面预处理的铝基非晶合金基体和铅板置于盛有含氧化性物质的电解 液的电解槽中，以铝基非晶合金基体为阳极，以铅板为阴极，施加40~60V的电压，3~6A/ dm2的电流密度，在20~60°C的电解液温度下进行阳极氧化，使铝基非晶合金表面形成致密 的氧化膜层。
[0016] 该步骤中，阳极氧化处理，将铝基非晶合金基体作为阳极，经过氧化在表面成膜， 形成粘附性良好的氧化膜，膜内含有Al2〇3、MgO、Zr0 2、Rx0y(X、y是原子配比系数）。
[0017] 上述处理过程中，施加的电压，电流密度以及温度等较为关键，使得反应过程中原 子被活化，反应进行较为容易，具有很高的反应速率。对于电压和电流的范围，控制为40~ 60V的电压，3~6A/dm2的电流密度。如果电压和电流过高，高电压、高电流会使生成的氧化 膜的热效应增大，促使氧化膜加速溶解。如电压，电流超过一定的范围，生成的氧化膜较粗 糙，对基体的防护性能会降低。而如果电压和电流过低，成膜速度较低，反应进行较慢。对于 温度，控制在20~60°C，优选地，在20~40°C的范围内。由于阳极氧化本身就会放热，放热会 相当大，会加速已形成的膜的溶解。温度过高时，会有过腐蚀的危险，氧化膜不连续。温度过 低时，反应速度较慢，膜的内应力大，会产生裂纹，也不利于获得着色和封闭性良好的氧化 膜层。因此要时刻监控电解液温度，温度过高或者过低，都要采取一些措施进行调整。优选 地，可以在电解液中加入质量分数为1 %~2%的乳酸，乙酸，乙二酸等有机羧酸或丙三醇， 以显著降低温度过高使氧化膜疏松或粉化的风险，同时也不会降低氧化膜的厚度及硬度。
[0018] 优选地，上述施加电流的过程中，采用两阶段升高电流:先在t时间段内将电流密 度升高到第一电流密度11，然后保持2~4分钟，接着以每分钟0.2~0.4A/dm2的速度升高至 第二电流密度12;其中，t在30~60S的范围内，II为12的一半，12在3~6A/dm2的范围内。例 如，控制电流密度在30S内快速升高到所需电流密度(如后续实验例1中电流密度为4A/dm 2) 的一半，保持3min，紧接着以每分钟0.3A/dm2的速度升高，直至达到所需电流密度(4A/dm 2)。 在刚开始通电时，先通一半的电流密度，这样膜层生长速度慢，从而膜层较致密，外观颜色 也较好，不会加深的太快。后一阶段，逐步提高电流密度到所需要的电流密度。电流密度提 高时，在一定范围内可以加速氧化膜的生成速度，但到一定值后，膜孔内热效应增大，局部 温升显著