本发明涉及铸造铝基复合材料表面处理技术，具体为一种铸造铝基复合材料表面棕色微弧氧化膜的制备方法。
背景技术：
：微弧氧化（MAO，Micro-arcoxidation），又称“微等离子体氧化”、“阳极火花沉淀”、“火花放电阳极氧化”。可直接在阀金属（Mg、Al、Ti、Zr、Nb）表面原位生长陶瓷膜层，达到工件表面强化、硬度大幅度提高、耐磨、耐蚀、绝缘及抗高温热冲击等性能得到改善的目的。微弧氧化是在传统的阳极氧化的基础上发展起来的，其本质就是一个陶瓷膜瞬间击穿的过程。从最初的“电子雪崩”模型、陶瓷层击穿电压到后来的“微桥放电”模型，可以说微弧氧化的理论研究主要围绕着电击穿理论进行的，在电击穿过程中，往往伴随着有火花放电现象产生以及膜层组织、结构的改变，是物理放电、电化学氧化及热化学、热处理等协同作用的结果。陶瓷氧化膜的形成过程非常复杂，所以研究难度较常规氧化困难，到目前为止，尚无一种理论模型能够定量、圆满地解释所有的微弧氧化实验现象和描述膜层的形成过程。目前，有关微弧氧化膜的制备研究存在如下不足之处：1、目前尚没有文献公开报道过铝基复合材料棕色的微弧氧化膜；2、膜层的耐腐蚀性差，硬度、耐腐蚀性、结合强度及绝缘电阻较低。技术实现要素：本发明为了解决现有铸造铝基复合材料表面微弧氧化膜存在适用性、耐腐蚀性较差且硬度、耐腐蚀性、结合强度及绝缘电阻较低的问题，提供了一种铸造铝基复合材料表面棕色微弧氧化膜的制备方法。本发明是采用如下技术方案实现的：一种铸造铝基复合材料表面棕色微弧氧化膜的制备方法，采用如下步骤：a、采用水砂纸对铸造铝基复合材料工件表面进行打磨后放入水洗槽进行清洗；b、在去离子水中按如下质量体积比依次加入NaOH2-4g/L，CuSO41-2g/L，Na2SiO38-15g/L，（NaPO3）610-15g/L，Na2WO45-10g/L，EDTA3-8g/L，制得溶液的PH值为8-11，搅拌至充分溶解；c、将铸造铝基复合材料工件放入溶液中，工件与阳极连接，溶液槽体的不锈钢板连接阴极后，打开微弧氧化电源，设置电源参数：占空比5-10%，电源频率800-1000Hz，正负脉冲比5：1，氧化电压500-600V，电流密度10-15A/dm2，工作温度35-45℃，且给电方式为阶梯给电，阶梯级数3-5级；d、氧化20-30min后关闭电源，便可在铸造铝基复合材料工件表面制备出棕色微弧氧化膜；e、将铸造铝基复合材料工件放入水洗槽中清洗干净并晾干。溶液配方中Na2SiO3和NaOH作为体系溶液，当Na2SiO3和NaOH浓度过低时，电解液导电率降低，影响起弧电压，甚至可能导致无法起弧；当Na2SiO3和NaOH浓度过高时，电解液电导率升高，电流变大，导致膜层粗糙，甚至可能造成基体烧蚀。溶液配方中CuSO4为着色盐，其浓度直接影响氧化膜颜色，经试验证明，CuSO4浓度低于1g/L时，着色不明显，氧化膜颜色接近白色；当CuSO4浓度高于2g/L时，过多的CuSO4在碱性溶液中无法溶解，着色效果提升并不明显。溶液配方中（NaPO3）6为抑弧剂，能够起到抑制弧光作用的效果，弧光作用的强弱直接影响膜层孔隙的大小，适当的弧光强度有利于提高膜层的致密性，减少微裂纹的形成。试验发现，当（NaPO3）6浓度不足10g/L时，试件表面弧点变化不明显；当加入10-15g/L（NaPO3）6时，试件表面弧点由大而分散变为微小而均匀。溶液配方中EDTA为络合剂，起到稳定槽液成份，均匀离子分布的作用，当EDTA浓度过低时，膜层出现颜色不均的现象。溶液配方中Na2WO4作为添加剂，可以使槽液中铝离子与氧离子反应加强，在工件的缺陷部位吸附，填补孔隙，提高致密层厚度，从而提高膜层的耐蚀性、硬度、粗糙度。微弧氧化本质是高电压击穿氧化膜，产生火花放电，从而形成熔融的陶瓷膜，电压是非常关键的因素，当电压低于300V时，微弧氧化过程不能正常进行；而电压低于500V时，虽然形成微弧氧化膜层，但由于电压不足以击穿已形成的氧化膜，导致氧化膜厚度薄；当电压高于600V时，由于电压过高，电流也会相应升高，火花放电过程剧烈，槽液温度升高，氧化膜粗糙，从而影响氧化膜的性能，甚至出现烧蚀现象。微弧氧化开始时，工件表面会先形成硬质氧化膜层，通过升高电压，击穿氧化膜，形成新的熔融微弧氧化膜。工件长时间处于低电流密度的溶液中，会出现电腐蚀，损坏工件。微弧氧化过程中，如电流密度过低，氧化膜生成速率慢；如电流密度过高，火花放电过程剧烈，膜层孔隙直径变大，影响致密层的厚度，从而导致膜层硬度、耐蚀性降低，膜层粗糙。脉冲频率影响单个脉冲的放电能量。脉冲频率过低，单个脉冲放电能量越大，火花放电越强，膜层致密性会降低；脉冲频率过高，膜层致密性提高，膜层硬度、耐腐蚀性、耐磨性等性能提高，但会影响膜层生成速率。占空比影响单个脉冲放电持续时间，占空比过低，单个脉冲时间过短，能量不足，微弧放电不充分；占空比过高，单个脉冲时间过长，能量过大，导致膜层孔隙直径变大，硬度及耐蚀性降低，表面粗糙。温度在微弧氧化过程中亦极为关键，温度过高会使槽液离子活性增强，电导率提高，氧化膜生成速率加快，膜层粗糙度增加。本发明通过大量反复的试验，选取出溶液的组分含量及微弧氧化电源参数，克服了现有铸造铝基复合材料表面微弧氧化膜存在适用性、耐腐蚀性较差且硬度、耐腐蚀性、结合强度及绝缘电阻较低的问题。本发明所述的制备方法提供了一种棕色氧化膜，颜色均匀，提高了适用性及氧化膜的致密性，减少了微裂纹，而且大幅度提高硬度、耐腐蚀性、耐磨性、绝缘性及结合强度，改善了粗糙度，同时膜层的硬度高达HV1500-2200，耐蚀性为盐雾试验200h无腐蚀迹象，采用量程为500MΩ的绝缘电阻表检测，绝缘电阻为+∞;结合强度＞30MPa，而现有技术微弧氧化膜层96h盐雾试验出现腐蚀痕迹，绝缘电阻为100MΩ。具体实施方式实施例1一种铸造铝基复合材料表面棕色微弧氧化膜的制备方法，采用如下步骤：a、采用水砂纸对铸造铝基复合材料工件表面进行打磨后放入水洗槽进行清洗；b、在去离子水中按如下质量体积比依次加入NaOH2g/L，CuSO41g/L，Na2SiO38g/L，（NaPO3）610g/L，Na2WO45g/L，EDTA3g/L，制得溶液的PH值为8，搅拌至充分溶解；c、将铸造铝基复合材料工件放入溶液中，工件与阳极连接，溶液槽体的不锈钢板连接阴极后，打开微弧氧化电源，设置电源参数：占空比10%，电源频率1000Hz，正负脉冲比5：1，氧化电压500V，电流密度15A/dm2，工作温度35℃，且给电方式为阶梯给电，阶梯级数3级；d、氧化20min后关闭电源，便可在铸造铝基复合材料工件表面制备出棕色微弧氧化膜；e、将铸造铝基复合材料工件放入水洗槽中清洗干净并晾干。阶梯给电表见表1。阶梯时间(min)电压（V）电流（A/dm2）2300153400151550015表1制得的氧化膜颜色为浅棕色，厚度23μm，膜层硬度HV1700，盐雾试验200小时无腐蚀迹象，采用量程为500MΩ的绝缘电阻表检测，绝缘电阻为+∞;结合强度＞30MPa。实施例2一种铸造铝基复合材料表面棕色微弧氧化膜的制备方法，采用如下步骤：a、采用水砂纸对铸造铝基复合材料工件表面进行打磨后放入水洗槽进行清洗；b、在去离子水中按如下质量体积比依次加入NaOH3.7g/L，CuSO41.3g/L，Na2SiO313g/L，（NaPO3）611g/L，Na2WO48g/L，EDTA3.5g/L，制得溶液的PH值为9.8，搅拌至充分溶解；c、将铸造铝基复合材料工件放入溶液中，工件与阳极连接，溶液槽体的不锈钢板连接阴极后，打开微弧氧化电源，设置电源参数：占空比5%，电源频率938Hz，正负脉冲比5：1，氧化电压600V，电流密度10A/dm2，工作温度39℃，且给电方式为阶梯给电，阶梯级数4级；d、氧化27min后关闭电源，便可在铸造铝基复合材料工件表面制备出棕色微弧氧化膜；e、将铸造铝基复合材料工件放入水洗槽中清洗干净并晾干。阶梯给电表见表2。阶梯时间(min)电压（V）电流（A/dm2）2300103400104500101160010表2制得的氧化膜颜色为棕色，厚度25μm，膜层硬度HV1900，盐雾试验200小时无腐蚀迹象，采用量程为500MΩ的绝缘电阻表检测，绝缘电阻为+∞;结合强度＞30MPa。实施例3一种铸造铝基复合材料表面棕色微弧氧化膜的制备方法，采用如下步骤：a、采用水砂纸对铸造铝基复合材料工件表面进行打磨后放入水洗槽进行清洗；b、在去离子水中按如下质量体积比依次加入NaOH4g/L，CuSO42g/L，Na2SiO315g/L，（NaPO3）615g/L，Na2WO410g/L，EDTA8g/L，制得溶液的PH值为11，搅拌至充分溶解；c、将铸造铝基复合材料工件放入溶液中，工件与阳极连接，溶液槽体的不锈钢板连接阴极后，打开微弧氧化电源，设置电源参数：占空比8%，电源频率1000Hz，正负脉冲比5：1，氧化电压547V，电流密度12A/dm2，工作温度45℃，且给电方式为阶梯给电，阶梯级数4级；d、氧化30min后关闭电源，便可在铸造铝基复合材料工件表面制备出棕色微弧氧化膜；e、将铸造铝基复合材料工件放入水洗槽中清洗干净并晾干。阶梯给电表见表3。阶梯时间(min)电压（V）电流（A/dm2）2300123400124500122160012表3制得的氧化膜颜色为深棕色，厚度30μm，膜层硬度HV2130，盐雾试验200小时无腐蚀迹象，采用量程为500MΩ的绝缘电阻表检测，绝缘电阻为+∞;结合强度＞30MPa。具体实施过程中，铸造铝基复合材料工件的尺寸为100mm×50mm×5mm，材料型号为YRZ-02；设备采用交流双脉冲微弧氧化生产线，电源为MAO300，电源功率300KW，根据需要可以采用恒电压氧化法或者恒电流氧化法。当前第1页1 2 3