一种降低高硅铝合金微弧氧化单位能耗的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及铝合金表面处理领域，特别涉及一种降低高硅铝合金微弧氧化单位能 耗的方法。
【背景技术】
[0002] Al-Si系合金具有比强度高、可焊性和热膨胀性好以及价格低廉等特点，被广泛应 用于机械设备、航空航天和电子封装等领域。但是其耐蚀、耐磨性差，限制了其的进一步应 用。随着现代工业的不断发展，对材料的性能要求也越来越高。为此，在使用前通常需要对 铸造铝合金进行表面处理，以提高其硬度、耐磨性、耐蚀性等性能，延长其使用寿命。
[0003] 微弧氧化作为一种从阳极氧化发展而来的新型表面处理技术，其具备非常突出的 优点，如所用电解液清洁环保、工艺设备简单、处理能力强等以及可制备出综合性能优良的 陶瓷膜层，使得微弧氧化技术得到了广泛关注，并在机械制造、航空航天、通讯器材等领域 有着广阔的应用潜景。
[0004] 微弧氧化进行的必要条件是在微弧氧化第一阶段，样品表面能够形成高阻抗的钝 化膜来促进击穿放电。高硅铝合金（质量百分数>7%)中硅元素含量较高，而硅在微弧氧 化初期难以钝化，阻碍了试样表面形成高阻抗的钝化膜，导致其起弧时间过长，膜层生长缓 慢，整个过程单位能耗过高（远高于形变铝合金）。因此缩短铸造铝硅合金微弧氧化过程起 弧时间，降低单位能耗对于推动该技术在工业生产中的实际应用具有重要意义。
[0005] 目前研宄中大多数都是通过对基材进行预处理来降低硅对微弧氧化的不利影响。
【发明内容】
[0006] 为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种降低高硅铝合 金微弧氧化单位能耗的方法，实现降低硅对微弧氧化的不利影响，且工艺简单、高效、环保 的条件下，取得缩短铸造铝硅合金微弧氧化过程起弧时间，降低单位能耗的效果。
[0007] 本发明的目的通过以下技术方案实现：
[0008] 一种降低高硅铝合金微弧氧化单位能耗的方法，先在高硅铝合金的表面制备Ti/ Zr预钝化膜，再进行微弧氧化处理；所述高硅铝合金中硅的质量百分数>7%。
[0009] 所述在高硅铝合金的表面制备Ti/Zr预钝化膜，具体包括以下步骤：
[0010] (1)对高硅铝合金进行前处理；
[0011] (2)在高硅铝合金的表面制备Ti/Zr预钝化膜：
[0012] (2-1)制备钝化液：每升去离子水中含有l-5g单宁酸、l-4g氟钛酸、l-2g氟锆酸、 l_4g偏fji酸钠；
[0013] (2-2)将高硅铝合金浸泡在钝化液中，处理时间为l-4min ;处理温度为常温（25°C 左右）。
[0014] 步骤（1)所述对高硅铝合金进行前处理，具体为：
[0015] (1-1)依次用100#、400#、600#、800#、1000#的SiC砂纸将高硅铝合金连续打磨至 表面光滑且划痕一致为止；
[0016] (1-2)将打磨后的高硅铝合金依次采用去离子水、丙酮在超声波清洗仪中清洗，清 洗时间为8-10min，温度为常温。
[0017] 所述微弧氧化处理的工艺参数为：
[0018] 频率为250-500HZ、正/负向电流密度为5-10/1-2. 5A/dm2、正/负向占空比为 10%-40%/10%-40%、正负脉冲比为1:1-3:1，处理时间为10-1511^11 ;
[0019] 微弧氧化电解液由去离子水、Na2SiOjP NaOH组成，其中每升去离子水中含有 6-12g Na2SiO3'l-3g NaOH0
[0020] 与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
[0021] (1)本发明通过在高硅铝合金表面制备预钝化膜，覆盖基体表面的硅元素，实现降 低硅对微弧氧化的不利影响，取得缩短铸造铝硅合金微弧氧化过程起弧时间，降低单位能 耗的效果。
[0022] (2)本发明的方法操作简便易行，处理效率高（仅需l_3min)。
[0023] (3)本发明的方法使用的处理液清洁环保。
【附图说明】
[0024] 图1为本发明实施例1中ZL104铝合金表面预钝化膜的扫描电镜照片；
[0025] 图2为本发明实施例1中微弧氧化电压-时间曲线；
[0026] 图3为本发明实施例1中未经预钝化处理的试样微弧氧化膜层截面图；
[0027] 图4为本发明实施例1中经过预钝化处理的试样微弧氧化膜层截面图；
[0028] 图5为本发明实施例1中基体与微弧氧化陶瓷膜极化曲线；
[0029] 图6为本发明实施例2中微弧氧化电压-时间曲线；
[0030] 图7为本发明实施例3中微弧氧化电压-时间曲线；
[0031] 图8为本发明实施例4中微弧氧化电压-时间曲线。
【具体实施方式】
[0032] 下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
[0033] 实施例1
[0034] 本实施例以ZL104铝合金为例。ZL104铝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] 从表1中可看出，ZL104铝合金表面主要含有Al、Si和0,其表面硅含量为 15. 24%〇
[0038] 本实施例的降低高硅铝合金微弧氧化单位能耗的方法，包括以下步骤：
[0039] (1)在高硅铝合金的表面制备Ti/Zr预钝化膜：
[0040] 将ZL104铝合金依次用100#、400#、600#、800#、1000#的SiC砂纸连续打磨至表面 光滑且划痕一致为止；经过工业酸洗和混合酸洗，并用蒸馏水冲洗干净表面后，浸泡在钝化 液中制备钛/锆钝化膜；钝化液中，每升去离子水中含有2g单宁酸、2g氟钛酸、Ig氟锆酸、 Ig偏钒酸钠；成膜3min后取出吹干，可观察到基体表面生成了平整均匀的金黄色预钝化 膜。ZL104铝合金表面预钝化膜经扫描电镜观测其形态如图1所示，从中可看出生成的预钝 化膜致密平整，能够很好的覆盖基体。预钝化膜表面各元素含量如表2所示。
[0041] 表2预钝化膜表面各元素含量
[0042]
[0043] 从表2中可看出，预钝化膜中主要含有C、0、A1以及极少量的Si、Ti、V、Zhg# 钛/锆钝化膜处理后基体表层的硅已降低至2. 13%，降幅达到86. 02%，这说明ZL104表面 的硅大部分被钝化膜覆盖，这达到了通过化学转化处理来覆盖基体表层硅的目的。
[0044] (2)进行微弧氧化处理：配制微弧氧化电解液，在室温下称取8g Na2Si03、2g NaOH 溶入IL去离子水中，用磁力搅拌器使其充分溶解。溶液配制完毕后，采用双极性脉冲电源 分别对ZL104铝合金基体和覆有预钝化膜的ZL104铝合金进行微弧氧化处理，相关参数设 定为：正负向电流密度分别为IOA/dm 2和2. 5A/dm2,频率400Hz，正负占空比30%，正负向脉 冲比1:1，处理时间为15min。微弧氧化处理完毕后，取出试样，用去离子水反复冲洗并吹 干，即可得到微弧氧