专利名称：一种强磁场下铝合金氧化膜层的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种强磁场下铝合金保护氧化膜的制备方法，属于金属表面工程领域。
背景技术：
在众多的铝合金表面技术中，阳极氧化是应用最广与最成功的技术，也是研究和开发最深入与最全面的技术。阳极氧化膜被誉为铝合金的万能表面保护膜，多应用于电子业、航空航天产业中，在建材业、机械制造业也有着广泛的应用。目前，强磁场已经广泛地应用到材料科学的诸多研究领域中，发现了大量有重大理论价值和应用价值的现象，显示出强磁场在材料科学领域中广阔的应用前景。当导电熔体中存在由于重力场引起的对流运动，外加磁场产生的塞贝克效应(Seekick effect)和佩尔蒂埃效应(Peltier effect)会导致固液界面的稳定性发生变化。利用强磁场控制液体的流动，有可能控制材料中溶质分布、凝固组织形态、化学反应速率等，具有重大的理论意义和应用价值。在金属材料的表面工程中，应用强磁场环境的制备技术较少。在强磁场中进行铝的阳极氧化处理，可改变氧化膜层的生长行为以及膜层的结构组织形态，有利于获得高质量的保护性混晶氧化膜层。
发明内容
本发明的目的是提供一种强磁场下通过阳极氧化法高效制备混晶氧化铝保护膜层的方法。本发明特别涉及一种强磁场下铝合金混晶氧化膜层的制备方法，采用硫酸直流阳极氧化法制造，该方法具有以下工艺步骤
a.对铝合金基片进行如下预处理有机溶剂除油、浸蚀、水洗、化学抛光再次水洗后超声清洗烘干；
b.使用纯硫酸铝和硫酸配制电解液，以水浴方式对电解槽进行加温至20 70°C；
c.以预处理后的铝合金基片作为阳极放置进超导强磁场中，连接电源，保持恒位电压 4 20V ；
d.可根据需要将作为阳极的铝合金基片与磁场方向成平行或垂直位置布放；
e.通过超导线圈施加1 10T(特斯拉)的强磁场，接通电源开始进行反应过程，时间为10 60分钟；
f.采用上述的方法在铝合金基体上可制得不同厚度的氧化铝混晶薄膜。
图1为本发明在不同磁场强度下获得的铝合金氧化膜层厚度随处理时间的变化。图2为本发明2T和4T磁场条件下获得的铝合金阳极氧化膜层的扫描电子显微镜 (SEM)照片。
图3为本发明在不同磁场强度下获得的氧化膜层中氧的含量。图4为本发明在不同磁场强度下获得氧化膜层的X射线粉末衍射图(XRD)。
具体实施例方式现将本发明的具体实施实例叙述于后。实施例
配制电解液药品为分析纯硫酸铝^2SO4)和硫酸(H2SO4)15阳极氧化溶液组成为140 g/ L H2SO4和3 g/L A12(S04)3。试样经除油、水洗、化学抛光再次水洗后进行氧化实验。阳极氧化实验分别在0、1、2、4 T磁场下进行，氧化时间分别为10、20、30分钟。作为阳极的纯铝片与磁场方向成平行或垂直位置布放。对所获得的样品采用TT-230数字式测厚仪进行测量，每个试样取5个点的平均值作为氧化膜厚度。样品的表面形貌、元素含量进行分析采用岛津S3400N扫描电子显微镜进行观察。利用理学Ultima IV型X射线衍射仪分析在试样膜层的组织结构。氧化膜层的耐磨性测定使用MMW-IA万能摩擦磨损试验机完成，摩擦副为经淬火处理硬度达45-50HRC的 45#钢制作的小止推圈，时间为5min，试验力采用10N，转速为2r/min。耐蚀性试验采用点滴试验。经测厚仪获得不同条件下的氧化膜层厚度，结果如附图1所示。表明随着磁场的施加氧化膜层的厚度均不同程度减小。而2T和4T磁场条件下膜层的表面形貌如附图2所示，可见随磁场强度的增强，孔直径变小而膜层变得致密，此类膜层有利于硬度和耐磨性的提高。不同磁场强度下阳极氧化30min膜层的中氧元素的原子百分含量结果如附图3，可以看出磁场的施加对膜层中元素的含量没有影响。不同磁场强度下获得氧化膜层的X射线粉末衍射结果如附图4所示，可以看出，测试的物相主要由基体Al和Y-Al2O3组成。无磁场下试样中Y-Al2O3相多为非晶态大量出现；施加强磁场后，非晶态Y-Al2O3随磁场的增强逐渐减少，直至在4T的磁场下完全消失。分别检测了 OT、4T条件下氧化膜层的耐磨性。无磁场作用下的氧化膜层在36 s 后开始磨破，摩擦系数为基体和膜层的复合。4T垂直磁场下作用的膜层在360 s内一直都没有磨破，其耐磨性比无磁场作用下的膜层显著提高。对不同磁场强度下的氧化膜层同时进行重铬酸钾盐酸溶液点滴实验，进行耐蚀性比较，试样表面出现变化的时间均在15分钟左右。表明磁场条件下获得的氧化膜层耐蚀性没有下降，部分样品的耐蚀性略有提高。
权利要求
1. 一种强磁场下铝合金氧化膜层的制备方法，其特征在于采用硫酸直流阳极氧化法制造，其工艺步骤如下a.对铝合金基片进行如下预处理有机溶剂除油、浸蚀、水洗、化学抛光再次水洗后超声清洗烘干；b.使用纯硫酸铝和硫酸配制电解液，以水浴方式对电解液进行加温至20 70V；c.以预处理后的铝合金基片作为阳极放置进超导强磁场中，连接电源，保持恒位电压 4 20V ；d.可根据需要将作为阳极的铝合金基片与磁场方向成平行或垂直位置布放；e.通过超导线圈施加1 10特斯拉的强磁场，接通电源开始进行反应过程，时间为 10 60分钟；f.采用上述的方法在铝合金基体上可制得不同厚度的氧化铝混晶薄膜。
全文摘要
一种强磁场下铝合金氧化膜层的制备方法，属于金属表面工程领域。它是对基片进行预处理，然后放入反应槽内，反应槽安置在1～10T的超导强磁场中。作为阳极的铝合金基片与磁场方向成平行或垂直位置布放。在4～20V恒电压下通电10～60分钟，完成氧化，生成致密的、显微组织可控的保护性混晶氧化铝膜层。本发明是一种高效制备高质量混晶氧化膜层的方法，通过强磁场来改变氧化膜层混晶组织中晶态、非晶态氧化铝的比例，同时增加膜层的厚度，减小保护膜层的摩擦系数，由此提高铝合金保护膜层的性能。
文档编号C25D11/04GK102409381SQ20111037240
公开日2012年4月11日 申请日期2011年11月22日 优先权日2011年11月22日
发明者娄长胜, 寇荧, 张伟强, 金光 申请人:沈阳理工大学