一种铍及铍铝合金表面微弧氧化膜层制备方法与流程

本发明涉及一种铍及铍铝合金微弧氧化膜层制备方法，属于金属表面处理技术领域。

背景技术：

铍具有密度低、熔点高、刚度高、热中子吸收截面低、热性能优异、红外线反射率高、X射线穿透性好等特点，在战略武器、航空航天、原子能、导航仪表、武器射击系统等领域是唯一或首选的材料。铍铝合金作为一种塑性铍基合金，不仅具有铍的高性能，也兼具铝材良好的成形性，且节约铍资源，在铍性能要求稍低的领域具有广阔应用前景。在航空航天、导航仪表等领域，为了使铍或铍铝合金零件满足使用要求，一般需要对铍及铍铝合金部件进行表面改性以增加其化学稳定性、绝缘性、耐磨耐腐蚀等性能。从目前铍表面的改性工艺成熟程度和应用情况看，国外在铍上已试验成功的表面改性工作有阳极氧化、化学镀镍、电镀各种金属及喷涂碳化钨等涂层，到目前为止尚未见公开文献报道关于铍或铍铝表面微弧氧化技术；微弧氧化是一种将镁、铝、钛等金属及其合金置于电解质溶液中，在高温、高压、热化学、等离子体化学和电化学等共同作用下使材料的表面产生火花放电生成陶瓷膜层的方法。该技术具有工艺简单，环境污染少、效率高等特点，且微弧氧化陶瓷膜具有膜基结合力强、耐磨损、耐腐蚀、耐高温氧化以及绝缘性好等优点，因此利用微弧氧化技术对纯铝及铝合金进行表面处理具有良好的前景。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种铍及铍铝合金表面微弧氧化膜层制备方法。

本发明的目的在于能够提供一种工艺简单、成本低可以同时在铍及铍铝合金表面制备出质量可靠的微弧氧化膜层的方法。

一种铍及铍铝合金表面微弧氧化陶瓷膜制备方法，该方法包括如下步骤:

步骤一，铍及铍铝合金表面除油清洗

将试件放入浓度为20-100g/L的氢氧化钠或氢氧化钾溶液中清洗2-5min中；

步骤二，水洗

用50℃-60℃的温水清洗铍或铍铝合金表面；

步骤三，微弧氧化处理

经步骤l)和2)处理后的铍或铍铝合金，用铝线连接后放入电解槽中，用配制的微弧氧化处理液进行微弧氧化处理，电源参数为：脉冲频率为50至2000Hz，脉宽调节范围为50-5000μs，开动搅拌系统和冷却系统，调节电流，电流密度为2A/dm2-30A/dm2，工作时间为5-60min，处理过程中电解液温度控制在40℃以下；

步骤四，干燥

将微弧氧化处理后的铍或铍铝合金，自然风干或晾干，得到铍或铍铝合金微弧氧化膜层。

所述微弧氧化处理液的配制过程是先取蒸馏水倒入设备中，在室温下加入试剂，加入试剂的浓度范围是：磷酸钠(或磷酸钠与硅酸钠混合物)10g/L-100g/L，氢氧化钾0.5g/L-4g/L，在添加过程中不断搅拌，待一种试剂完全溶解后再加另一种试剂，添加完毕后，继续搅拌至试剂完全溶解；

所述磷酸钠(或磷酸钠与硅酸钠混合物)10g/L-100g/L，氢氧化钾0.5g/L-4g/L的比例为1:1:1:1:1。

所述化学试剂均为分析纯，配置处理液时皆用蒸馏水。

铍及铍铝合金表面微弧氧化陶瓷膜制备具体步骤介绍如下：

a).使用的试剂为：

主成膜剂：磷酸盐或或磷酸盐与硅酸盐混合物

pH值调节剂；氢氧化钾或氢氧化钠；

可使适当加入其它添加剂以改善膜层表面性能；

所用化学试剂均为分析纯，配置处理液时皆用蒸馏水；

b).使用的设备为：

直流脉冲微弧氧化电源(功率5-300kW)、电解槽、搅拌系统和冷却系统；

材料为铍或铍铝合金。

c).微弧氧化处理液的配制

先取蒸馏水倒入设备中，在室温下加入试剂，加入试剂的浓度范围是：磷酸钠(或磷酸钠与硅酸钠混合物)10g/L-100g/L，氢氧化钾0.5g/L-4g/L，在添加过程中不断搅拌，待一种试剂完全溶解后再加另一种试剂，添加完毕后，继续搅拌至试剂完全溶解；

利用本发明的技术方案制作的铍及铍铝合金表面微弧氧化膜层制备方法，一种将镁、铝、钛等金属及其合金置于电解质溶液中，在高温、高压、热化学、等离子体化学和电化学等共同作用下使材料的表面产生火花放电生成陶瓷膜层的方法。该技术具有工艺简单，环境污染少、效率高等特点，且微弧氧化陶瓷膜具有膜基结合力强、耐磨损、耐腐蚀、耐高温氧化以及绝缘性好等优点，因此利用微弧氧化技术对纯铝及铝合金进行表面处理具有良好的前景。

附图说明

图1是本发明所述铍及铍铝合金表面微弧氧化膜层制备方法的工艺流程示意图；

图2是本发明所述铍及铍铝合金表面微弧氧化膜层制备方法的纯铍表面微弧氧化膜层XRD。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行具体描述，如图1-2所示，一种铍及铍铝合金表面微弧氧化膜层制备方法，

实施例一：铍表面微弧氧化膜层制备

a)使用的试剂为：

主成膜剂：磷酸钠

pH值调节剂；氢氧化钾；

所用化学试剂均为分析纯，配置处理液时皆用蒸馏水；

b).使用的设备为：

40kW直流脉冲微弧氧化电源、电解槽、搅拌系统和冷却系统；

材料为纯铍。

c).微弧氧化处理液的配制

先取蒸馏水倒入设备中，在室温下加入试剂，加入试剂的浓度是：磷酸钠30g/L，氢氧化钾2g/L，在添加过程中不断搅拌，待一种试剂完全溶解后再加另一种试剂，添加完毕后，继续搅拌至试剂完全溶解；

d).微弧氧化工艺的实施

1).纯铍表面除油清洗

将试件放入浓度为30g/L的氢氧化钠溶液中清洗2min中；

2).水洗

用50℃-60℃的温水清洗纯铍表面；

3).微弧氧化处理

经步骤l)和2)处理后的纯铍，用铝线连接后放入电解槽中，用步骤c)配制的微弧氧化处理液进行微弧氧化处理，电源参数为：频率500Hz，占空比10％，开动搅拌系统和冷却系统，调节电流，电流密度为10A/dm2，工作时间为20min，处理过程中电解液温度控制在40℃以下；

4).干燥

将微弧氧化处理后的纯铍，自然风干或晾干，得到纯铍表面微弧氧化陶瓷膜。获得的膜层XRD如图1所示。膜层主要成分为晶体相BeO。

实施例二：铍铝合金表面微弧氧化膜层制备

a)使用的试剂为：

主成膜剂：磷酸钠-硅酸钠混合物

pH值调节剂；氢氧化钠；

所用化学试剂均为分析纯，配置处理液时皆用蒸馏水；

b)使用的设备为：

40kW微弧氧化电源、电解槽、搅拌系统和冷却系统；

材料为铍铝合金。

c)微弧氧化处理液的配制

先取蒸馏水倒入设备中，在室温下加入试剂，加入试剂的顺序及浓度范围是：磷酸钠20g/L，硅酸钠20g/L，氢氧化钠1g/L，氟化钠5g/L，并在添加过程中不断搅拌，待一种试剂完全溶解后再加另一种试剂，添加完毕后，继续搅拌至试剂完全溶解；

d).微弧氧化工艺的实施

1).铍铝合金表面除油清洗

将试件放入浓度为40g/L的氢氧化钠溶液中清洗4min中；

2).水洗

用50℃-60℃的温水清洗铍铝合金表面；

3).微弧氧化处理

经步骤l)和2)处理后的铍铝合金，用铝线连接后放入电解槽中，用步骤c)配制的微弧氧化处理液进行微弧氧化处理，电源参数为：频率1000Hz，占空比30％，开动搅拌系统和冷却系统，调节电流，电流密度为15A/dm2，工作时间为30min，处理过程中电解液温度控制在40℃以下；

4).干燥

将微弧氧化处理后的铍铝合金，自然风干或晾干，得到铍铝合金微弧氧化陶瓷膜，膜层表面绝缘电阻250兆欧以上。

本实施方案的特点为，是将铍或铍铝合金样品置于磷酸盐或磷酸盐-硅酸盐混合体系的碱性电解液中作为阳极，通过调节脉冲电源的电流、脉宽、占空比及反向电压(或电流)等，使在铍或铍铝合金表面发生等离子体放电形成微弧氧化膜层。由此形成的膜层具有典型的微弧氧化膜层特征，膜层具有良好的耐磨耐腐蚀、高绝缘等特性。本发明可大大提高铍及铍铝合金表面的耐磨、耐腐蚀等性能，延长其使用寿命，扩大其应用范围。

上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。