元素提高钛合金微弧氧化膜层性能的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于材料技术领域，特别是涉及一种添加纳米α -A12化元素提高铁合金微 弧氧化膜层性能的方法。
【背景技术】
[0002] 微弧氧化(ΜΑ0)技术是一种对环境污染小、易操作和处理效率高的表面处理技术。 它将铁、镇、铅及其合金置于电解液中，通过高温高压、热化学、等离子体化学和电化学等 共同作用，在材料表面产生火花放电原位生成陶瓷膜层的方法。生成的陶瓷膜层致密，与 基体结合力好，具有良好的耐磨、耐腐蚀、耐高温冲击和电绝缘等特性。
[0003] 目前，研究者们主要研究电解液中添加剂对微弧氧化膜层组织和性能的影响。如： 刘瑞霞、赵玉厚、Μ. Laleh和Μ. R. Bayati等分别探讨稀±元素纪和饰、Zr〇2、Al2〇3和Ti〇2 添加剂对微弧氧化膜层组织和性能的影响。AI2O3分为九种晶型，其中α -AI2O3的硬度高(仅 次于刚玉)、耐磨性和耐腐蚀性能等好。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是：提供一种添加纳米α -Α?2〇3元素提高铁合金微弧氧 化膜层性能的方法，W解决铁合金微弧氧化膜层性能差的现有技术问题。
[0005] 本发明采用的技术方案是；一种添加纳米α -Α?2〇3元素提高铁合金微弧氧化膜层 性能的方法，试验材料为Μ-化合金，试验采用自制的微弧氧化设备在娃酸盐体系中对铁 合金进行微弧氧化，采用恒压模式处理，微弧氧化电压600V，频率400Hz，占空比30%，时间 Ih ;所述添加纳米α -AI2O3为3g/L。
[0006] 本发明有益效果：与现有技术相比，有益效果如下： (1)电解液中加入纳米α-Α?2〇3添加剂改善膜层微观形貌和组织。当纳米α-Α?2〇3添 加剂含量为3g/L时，膜层微裂纹少，孔隙率小；膜层中主要相为α-Α?2〇3、Υ- Α?2〇3和Si〇2。
[0007] (2)电解液中加入纳米α -AI2O3添加剂提高膜层综合性能。当纳米α -AI2O3添加 剂含量为3g/L时，膜层的厚度为70um，硬度为513HV，耐腐蚀性能好。
【附图说明】
[0008] 图1为纳米α -A!203含量0 g/L微弧氧化膜层SEM图； 图2为纳米α -Al2〇3含量1 g/L微弧氧化膜层SEM图； 图3为纳米α -Al2〇3含量3 g/L微弧氧化膜层SEM图； 图4为纳米α -Al2〇3含量5 g/L微弧氧化膜层SEM图； 图5不同含量α -Al2〇3添加剂微弧氧化膜层XRD图； 图6为不同含量纳米α -Al2〇3对微弧氧化膜层厚度和硬度的影响； 图7为不同含量纳米α -Al2〇3对微弧氧化膜层耐腐蚀性能的影响。
【具体实施方式】
[000引实施例；一种添加纳米α -A!203元素提高铁合金微弧氧化膜层性能的方法，试验 材料为M-化合金，试验采用自制的微弧氧化设备在娃酸盐体系中对铁合金进行微弧氧 化，采用恒压模式处理，微弧氧化电压600V，频率400Hz，占空比30%，时间比；所述添加纳米 α -AI2O3 为 3g/L。
[0010] 采用上述一种添加纳米α -AI2化元素提高铁合金微弧氧化膜层性能的方法，得出 纳米α -Α12化微弧氧化膜层微观形貌分析，如图广图4为不同含量纳米α -Α12化微弧氧 化膜层SEM图。从图中可看出，未加入添加剂时，微弧氧化膜层表面微裂纹多，孔隙率大，类 似"火山堆积物"少且小。随着电解液中纳米α-Α?2化含量增加，膜层表面微裂纹、孔隙率 和孔径先减小后增加，"火山堆积物"变大。当电解液中加入纳米α-Α?2〇3 3g/L时，膜层表 面微裂纹少，孔隙率小。送是因为加入纳米α-Α?2化能增加溶液的电导率，当溶液电导率小 时，分配在样品上的电流较小，发生击穿瞬间的能量小，因而放电通道冷却凝固后留下的微 孔孔径小；当溶液电导率增大到一定程度时，溶液电导率过大导致作用于试样上的电流大， 则放电瞬间能量大而使微烙区小范围"飞瓣"，同时击穿放电过程微烙区发生击穿破坏，因 此冷却凝固后击穿形成的微孔不能完全愈合而形成较大孔洞。
[0011] 采用上述一种添加纳米α -Alz化元素提高铁合金微弧氧化膜层性能的方法，得出 纳米α -Al2〇3微弧氧化膜层物相分析，如图5不同含量α -Al2〇3添加剂微弧氧化膜层XRD 图。从图5可看出，加入添加剂时膜层的主要相为Α1、α-Α?2化和Y-Alz化和Si化；未加入 添加剂时膜层主要相为A1、α -AI2O3和Y -AI2O3和Alz化。加入添加剂后膜层中A1峰的强 度降低，膜层中α-Α?2〇3和y-Al2〇3强度增强，此外膜层中还增加了 Si〇2相。送是可能是 因为当达到一定温度后Y-AI2O3会转化为α-Α?2〇3且加入α-Α?2〇3添加剂增加电解液的导 电性，促进电解液中SiOs"反应，使膜层表面沉积Si〇2相。α -ΑΙ2Ο3耐热性强，成型性好，晶 相稳定、硬度高，是优质的陶瓷材料；Υ-Α12化比表面积大，耐压性好，具有较强的吸附能力 和催化活性，送两相的存在使微弧氧化膜层性能改善。
[0012] 采用上述一种添加纳米α -Α?2〇3元素提高铁合金微弧氧化膜层性能的方法，得出 纳米α-Α?2〇3微弧氧化膜层厚度和硬度分析，如图6为不同含量纳米α-Α?2〇3对微弧氧化 膜层厚度和硬度的影响。由图6可看出：微弧氧化膜层厚度随纳米α-Α?2化含量的增加达 最大值再减小；微弧氧化膜层硬度变化趋势和厚度变化相一致。当纳米α-Α?2〇3的浓度为 3g/L时，膜层的硬度最大为70um ;微弧氧化膜层硬度最大为513HV。送是因为纳米添加剂 的比表面积小，界面能高，能增加溶液的电导率，但溶液的电导率大使膜层疏松、多孔。因此 膜层厚度和硬度达到最大值后会降低。
[0013] 采用上述一种添加纳米α -Alz化元素提高铁合金微弧氧化膜层性能的方法，得出 纳米α-Α?2〇3微弧氧化膜层耐腐蚀性能分析，如图7为不同含量纳米α-Α?2〇3微弧氧化膜 层极化曲线，计算值如表1所示。从图7可发现，加入添加剂使膜层的自腐蚀电位向上移 动，自腐蚀电流向左移动。从表1可看出：与无添加剂相比，加入添加剂使膜层的自腐蚀电 流降低一个数量级，自腐蚀电位提高约0. 3V。当α -Α?2〇3含量为3g/L时，膜层的耐腐蚀性 能好。送是因为该状态下膜层表面的孔隙率小，微裂纹少，膜层中α-Α?2〇3和Y-AI2O3含量 多，因此其耐腐蚀性能好。
[0014] 表1不同含量纳米α-Α?2〇3极化曲线计算结果
【主权项】
1. 一种添加纳米α-Α1203提高钛合金微弧氧化膜层性能的方法，其特征在于： 试验材料为Al-Cu合金，试验采用自制的微弧氧化设备在硅酸盐体系中对钛合金进行 微弧氧化，采用恒压模式处理，微弧氧化电压600V，频率400Hz，占空比30%，时间lh ;所述添 加纳米 ct -A1203 为 3g/L。
【专利摘要】本发明提供一种添加纳米α-Al2O3元素提高钛合金微弧氧化膜层性能的方法，试验材料为Al-Cu合金，试验采用自制的微弧氧化设备在硅酸盐体系中对钛合金进行微弧氧化，采用恒压模式处理，微弧氧化电压600V，频率400Hz，占空比30%，时间1h；所述添加纳米α-Al2O3为3g/L。本发明添加纳米α-Al2O3为3g/L时，能显著改善膜层微观形貌和组织和提高膜层综合性能。
【IPC分类】C25D15/00, C25D11/26
【公开号】CN105506707
【申请号】CN201410500762
【发明人】王晓芳
【申请人】王晓芳
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2014年9月26日