铝合金微弧氧化膜原位生长层状双金属氢氧化物的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及的是一种在铝合金表面生成耐蚀膜的方法，具体地说是一种铝合金微 弧氧化膜原位生长层状双金属氢氧化物的方法。
【背景技术】
[0002] 微弧氧化技术是近年来快速发展的一种金属表面处理工艺，该技术可在铝、镁、钛 等阀金属表面通过原位生长得到具有优异耐磨性、绝缘性的微弧氧化膜层，且该膜层与基 体之间具有较强的结合力，因此作为耐磨、电防护、生物功能性涂层得到广泛应用。微弧氧 化膜层是在金属表面通过反复击穿-氧化-熔融-淬冷过程获得，因此在膜层内部存在大 量放电微孔及微裂纹，影响微弧氧化膜层在腐蚀环境下的应用。
[0003] 层状双金属氢氧化物又称水滑石类化合物是一种非常有应用价值的无机材料，其 结构为[C'M'310i0:r (广）' :，其中 M2+为 Ni 2+、Mg' Zn2+、Co' Cu2+等二价金 属阳离子，M3+为Al 3+、Cr3+、Fe' Se3+等三价金属阳离子，A n为CO 32、NO3、Cl、SO42等阴离 子。这些特殊的结构使此类材料具有许多独特的性质，通过对水滑石制备工艺进行调控，可 制备出具有不同用途和性能的水滑石功能材料，在催化、吸附、医药、防腐等领域具有极大 的应用潜力。水热法是合成层状双金属氢氧化物的常用方法，通过高温高压可以有效控制 晶相及晶粒尺寸。该方法以含有构成水滑石层板的金属离子稳定氧化物或氢氧化物，如 A1203、MgO、Mg (OH) 2、Al (OH) 3等，与混合碱溶液一起在高温高压下进行水热处理，由金属 氧化物和氢氧化物进行原子重排得到水滑石。因此，水热合成水滑石的关键在于构成水滑 石层板的金属离子稳定氧化物或氢氧化物以及溶液的PH值。铝合金微弧氧化膜层主要成 分为Al2O3，其含量的高低直接影响层状双金属氢氧化物的生长，同时微弧氧化膜的结构特 征对层状双金属氢氧化物的生长影响显著。
[0004] 目前关于铝合金微弧氧化-层状双金属氢氧化物复合膜层的制备方法的相关报 道非常有限。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种能对膜层缺陷进行有效封闭，提高微弧氧化膜层的耐 腐蚀性能的铝合金微弧氧化膜原位生长层状双金属氢氧化物的方法。
[0006] 本发明的目的是这样实现的：
[0007] 将铝合金置于电解液中作为阳极，以石墨板作为阴极，进行微弧氧化处理，得到表 面生长微弧氧化膜层的铝合金；所述电解液组成包括5g/L~10g/L氢氧化钠、5g/L~20g/ L偏铝酸钠，所述微弧氧化处理的脉冲电流密度为10A/dm2~30A/dm2,所生成的微弧氧化膜 层的厚度在10~100 μπκ面粗糙度在1. 5~5 μπι;
[0008] 将所述表面生长微弧氧化膜层的铝合金置于混合溶液进行反应，所述混合溶液为 按硝酸金属盐与硝酸铵物质的量比为1 :6配制的混合溶液，混合溶液的pH值为7~11，其 中硝酸金属盐的浓度为〇· Olmol/L~0· 2mol/L〇
[0009] 本发明还可以包括：
[0010] 1、所述反应在室温至100°c的水浴锅加热条件下进行，反应时间为6~96小时。
[0011] 2、所述反应在密闭反应器中、由烘箱加热至KKTC~200°C的条件下进行，反应时 间为1~48小时。
[0012] 本发明通过调节微弧氧化电解液组成、脉冲电源参数，控制微弧氧化膜层组成及 结构特征，获得利于层状双金属氢氧化物沉积的基底膜层，本发明的方法对于微弧氧化膜 层缺陷的有效修复、改善膜层耐腐蚀性能具有十分重要的意义。
[0013] 本发明的主要特征体现在：
[0014] (1)微弧氧化电解液组成：5g/L~10g/L氢氧化钠和5g/L~20g/L偏铝酸钠，高 浓度氢氧化钠可对铝合金进行刻蚀，有利于得到表面粗糙度较高的微弧氧化膜，高浓度偏 铝酸钠可保证膜层Al2O3含量及纯度，有利于层状双金属氢氧化物在其表面均匀生长。
[0015] (2)调节控制脉冲电源电流密度：10A/dm2~30A/dm2,控制膜层的厚度在10~ 100 μL?范围内，表面粗糙度在1. 5~5 μL?范围内，在此工艺条件下得到的高粗糙度微弧氧 化膜更利于层状双金属氢氧化物在其表面的交错生长，在腐蚀性环境下，所得层状双金属 氢氧化物易于形成"迷宫效应"阻碍侵蚀性离子渗透，实现对微弧氧化膜层耐腐蚀性能改 善。
[0016] 本发明的有益效果：本发明通过调节微弧氧化电解液组成、脉冲电源参数，控制微 弧氧化膜层组成及结构特征，获得利于层状双金属氢氧化物沉积的基底膜层；通过控制层 状双金属氢氧化物制备液组成、水热合成反应温度及时间、干燥温度及时间等参数，制备微 弧氧化-层状双金属氢氧化物复合膜层，实现对微弧氧化膜层缺陷的有效修复，改善微弧 氧化膜层耐腐蚀性能。
【附图说明】
[0017] 图1采用不同水热反应温度在铝合金表面制备微弧氧化-层状双金属氢氧化物复 合膜层的动电位极化曲线（实验采用的腐蚀介质为3. 5% NaCl溶液）。
[0018] 图2采用不同水热反应时间在铝合金表面制备微弧氧化-层状双金属氢氧化物复 合膜层的动电位极化曲线（实验采用的腐蚀介质为3. 5% NaCl溶液）。
【具体实施方式】
[0019] 下面举例对本发明做更详细的描述。
[0020] 实施例1 :
[0021] 选用硝酸镍在铝合金微弧氧化膜表面生成层状双金属氢氧化物，实现对微弧氧化 膜层缺陷的修复。
[0022] ①铝合金微弧氧化膜层的制备：首先铝合金表面经150#、400#、1000#、2000#碳化 硅砂纸打磨，丙酮和去离子水处理；选择微弧氧化电解液组成：8g/L氢氧化钠、10g/L偏铝 酸钠，脉冲电源电流密度：15A/dm2,膜层厚度：30 μ m范围内，表面粗糙度：3. 2 μ m ;
[0023] ②层状双金属氢氧化物制备液的配制：硝酸镍浓度为0. 03mol/L、硝酸铵浓度为 0. 18mol/L，采用氨水调节混合溶液的pH值为9 ;
[0024] ③微弧氧化-层状双金属氢氧化物复合膜层的制备：将步骤1得到的表面带有微 弧氧化膜的铝合金与步骤2得到的混合溶液置于密闭反应器中，然后分别在40°C、8(TC、 180°C条件下反应6h，在80°C条件下分别反应111、1211、4811，再将铝合金取出，乙醇清洗后， 得到铝合金微弧氧化-层状双金属氢氧化物复合膜层。
[0025] 图1的动电位极化曲线表明，随水热反应温度增加，铝合金微弧氧化膜层阳极极 和阴极反应过程同时受到抑制，腐蚀电流降低，说明通过水热合成反应实现了对铝合金微 弧氧化膜层缺陷位置的修复，且水热反应温度对修复效果影响较大。可见采用水热合成反 应方法制备铝合金微弧氧化-水滑石复合膜层可实现微弧氧化膜层缺陷修复，水热反应温 度应控制在80°C~180°C较为合适。
[0026] 图2的动电位极化曲线表明，随水热反应时间增加，铝合金微弧氧化膜层阳极极 和阴极反应过程同时受到抑制，腐蚀电流降低，说明随反应时间的增加，铝合金微弧氧化膜 层缺陷位置的修复效果增强，水热反应时间应控制在12h~48h较为合适。
[0027] 实施例2 :
[0028] 与实施例1不同之处在于：
[0029] 选用硝酸镁在铝合金微弧氧化膜表面生成层状双金属氢氧化物，实现对微弧氧化 膜层的修复。
[0030] ①铝合金微弧氧化膜层的制备：首先铝合金表面经150#、400#、1000#、2000#碳化 硅砂纸打磨，丙酮和去离子水处理；选择微弧氧化电解液组成：8g/L氢氧化钠、10g/L偏铝 酸钠，脉冲电源电流密度：15A/dm2,膜层厚度：30 μ m范围内，表面粗糙度：3. 2 μ m ;
[0031] ②层状双金属氢氧化物制备液的配制：硝酸镁浓度为0. 02mol/L、硝酸铵浓度为 0. 12mol/L，采用氨水调节混合溶液的pH值为9 ;
[0032] ③微弧氧化-层状双金属氢氧化物复合膜层的制备：将步骤1得到的表面带有微 弧氧化膜的铝合金与步骤2得到的混合溶液置于密闭反应器中，然后在温度为40°C、80°C、 180°C条件反应6h，在80°C条件下分别反应111、1211、4811，再将铝合金取出，乙醇清洗后在， 得到铝合金微弧氧化-层状双金属氢氧化物复合膜层。
[0033] 实验结果：随水热反应温度增加，铝合金微弧氧化膜层阳极极和阴极反应过程同 时受到抑制，腐蚀电流降低，且随水热反应时间增加，铝合金微弧氧化膜层阳极极和阴极反 应过程同样受到抑制，腐蚀电流降低，这说明通过水热合成反应可制备得到微弧氧化-层 状双金属氢氧化物复合膜层，实现对铝合金微弧氧化膜层缺陷位置的修复。
【主权项】
1. 一种铝合金微弧氧化膜原位生长层状双金属氢氧化物的方法，其特征是：将铝合金 置于电解液中作为阳极，以石墨板作为阴极，进行微弧氧化处理，得到表面生长微弧氧化膜 层的铝合金；所述电解液组成包括5g/L~10g/L氢氧化钠、5g/L~20g/L偏铝酸钠，所述 微弧氧化处理的脉冲电流密度为l〇A/dm 2~30A/dm2,所生成的微弧氧化膜层的厚度在10~ 100 y m、面粗糙度在1. 5~5 y m ; 将所述表面生长微弧氧化膜层的铝合金置于混合溶液进行反应，所述混合溶液为按硝 酸金属盐与硝酸铵物质的量比为1 :6配制的混合溶液，混合溶液的pH值为7~11，其中硝 酸金属盐的浓度为〇? 〇lmol/L~0? 2mol/L〇2. 根据权利要求1所述的铝合金微弧氧化膜原位生长层状双金属氢氧化物的方法，其 特征是：所述反应在室温至l〇〇°C的水浴锅加热条件下进行，反应时间为6~96小时。3. 根据权利要求1所述的铝合金微弧氧化膜原位生长层状双金属氢氧化物的方法，其 特征是：所述反应在密闭反应器中、由烘箱加热至100°C~200°C的条件下进行，反应时间 为1~48小时。4. 根据权利要求3所述的铝合金微弧氧化膜原位生长层状双金属氢氧化物的方法，其 特征是：反应温度控制在80°C~180°C。5. 根据权利要求3或4所述的铝合金微弧氧化膜原位生长层状双金属氢氧化物的方 法，其特征是：反应时间控制在12~48小时。
【专利摘要】本发明提供的是一种铝合金微弧氧化膜原位生长层状双金属氢氧化物的方法。对铝合金进行微弧氧化处理，得到表面生长微弧氧化膜层的铝合金；电解液组成包括5g/L～10g/L氢氧化钠、5g/L～20g/L偏铝酸钠，微弧氧化处理的脉冲电流密度为10A/dm2～30A/dm2；将表面生长微弧氧化膜层的铝合金置于硝酸金属盐与硝酸铵物质的量比为1：6的混合溶液中进行反应。本发明通过调节微弧氧化电解液组成、脉冲电源参数，控制微弧氧化膜层组成及结构特征，获得利于层状双金属氢氧化物沉积的基底膜层；实现对微弧氧化膜层缺陷的有效修复，改善微弧氧化膜层耐腐蚀性能。
【IPC分类】C25D11/06
【公开号】CN105018999
【申请号】CN201510400290
【发明人】王艳秋, 窦宝捷, 邵亚薇, 孟国哲, 张涛, 刘斌
【申请人】哈尔滨工程大学
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2015年7月9日