一种适用于铝及铝合金微弧氧化的电解液及其应用的制作方法

本发明属于铝及铝合金表面处理领域，具体涉及一种适用于铝及铝合金表面微弧氧化的电解液及其应用。

背景技术：

由于铝及铝合金材料的特性，尤其是在对于减轻结构自身重量具有重要意义的制造领域，铝及铝合金被用于替代工程塑料及钢铁材料。目前铝及铝合金被广泛应用于航空航天、汽车、电子、军事及核工业等部门，以满足运载工具、便携使用或特殊工况应用部件的轻量化及高导热等特殊要求。但铝及铝合金的硬度低、不耐磨损及腐蚀，在很大程度上限制了其进一步应用。虽然铝及铝合金在大气中能在表面自然形成氧化膜，但这种氧化膜极薄，不足以满足耐磨、抗微动损伤、耐蚀等应用要求，必须采取表面改性等处理方法改善其表面状态。

近年来，微弧氧化技术在阳极氧化基础上发展起来。微弧氧化是利用电化学方法，将al、mg、ti、zr等阀金属及其合金置于电解液中，通过施加高压在试样表面产生火花放电斑点，斑点处存在微等离子体放电，在非法拉第区的等离子体化学、热化学、电化学等过程作用下，在金属表面原位生成氧化涂层。由于氧化涂层为原位生成，其具有涂层成膜效率高、基体金属与涂层的结合力高等特点。尤其对具有复杂表面形状的构件，微弧氧化具有其他表面改性技术难以比拟的优势。

微弧氧化涂层一般由疏松层、致密层和界面层三层构成。界面层是涂层与金属基体相互渗透、结合部分，是冶金结合的关键。疏松层致密性差且硬度较低，孔隙率大、表面粗糙，一般耐磨性和耐蚀性差。致密层是微弧氧化涂层的主体，其孔隙率低、组织致密，约占涂层厚度的2/3，是整体涂层性能关键部分。因此，提升微弧氧化涂层的厚度有利于促进微弧氧化技术的实际工程应用。

微弧氧化是一种多因素控制的技术。已有的研究发现，能量参数、基体合金元素、溶液特性等均会影响到微弧氧化涂层的成分、厚度、孔隙率、缺陷等方面的特性。其中电解液的组成及配比对微弧氧化涂层的表面形貌和涂层性能的影响至关重要。

技术实现要素：

本发明基于背景技术存在的技术问题，基于二元复配技术，提出一种适用于铝及铝合金微弧氧化的电解液及其应用

为实现上述目的，本发明采用技术方案为：

一种适用于铝及铝合金微弧氧化涂层的电解液，电解液中含有膜层增厚剂，每升电解液中加入量为0.1-8g/l，所述膜层增厚剂为六偏磷酸钠或六偏磷酸钠和硼酸钠；其中，电解液为由去离子水配置的碱性电解液。

所述电解液成分每升计，8-12g/l硅酸钠、2-6ml/l丙三醇、0.1-2g/l氢氧化钠、0.1-8g/l的膜层增厚剂。

所述电解液成分每升计，8-12g/l硅酸钠、2-6ml/l丙三醇、0.1-2g/l氢氧化钠、0.25-8g/l的六偏磷酸钠、0.1-4g/l硼酸钠。

所述电解液的ph值为6-12。

一种适用于铝及铝合金微弧氧化的电解液的应用，所述电解液在对金属或金属合金进行微弧氧化中的应用

本发明具有以下优点

1.本发明电解液不含对人体和环境有害的物质，符合环保要求，同时本发明电解液综合了硅酸盐电解液和磷酸盐电解液的优点，提高微弧氧化效率。

2.本发明电解液组成简单，不含易分解成分，制备过程稳定易控；

3.采用本发明电解液获得的微弧氧化涂层与现有的以基础电解液获得的微弧氧化涂层相比，孔隙率低、涂层厚度提高33.85％。

4.采用本发明电解液获得的微弧氧化涂层物相主要由γ-al2o3组成，可有效提高铝合金的抗微动损伤性能、提高耐蚀性。

5.本发明的电解液获得的微弧氧化涂层厚度增加、孔隙率降低、组织致密性提高；进而使得采用本发明获得的微弧氧化涂层与铝合金基体呈现冶金结合，涂层致密、孔隙率低、显微硬度高，可以作为铝合金抗微动损伤涂层、耐腐蚀涂层或装饰层使用。

附图说明

图1为本发明实施例提供的微弧氧化涂层的表面形貌图。

图2为本发明实施例提供的微弧氧化涂层的xrd谱线图。

图3为本发明应用例提供的微弧氧化涂层的表面形貌图。

图4为本发明应用例提供的微弧氧化涂层的xrd谱线图。

图5为本发明实施例提供的孔隙率对比图。

图6为本发明实施例提供的显微硬度对比图。

具体实施方式

下面结合附图以及下述实施例对本发明做进一步详细描述。

本发明的电解液制备的微弧氧化涂层增厚明显、显微硬度高、孔隙率低；符合环保法规要求且溶液碱性低，无毒无害绿色环保，配方组成简单。与硅酸盐体系、氯酸盐体系及磷酸盐体系电解液相比，达到同等厚度涂层所用反应时间短，而且本电解液可用于制备不同牌号铝合金微弧氧化涂层。

下述各实施例采用的试片按照如下方式制备获得：将铝合金板材用线切割加工成30mmx30mmx8mm的试片，在试片上方的正中间位置钻φ3mm的圆孔，用于在微弧氧化过程中接线及悬挂。将铝合金试片依次经200目、400目、800目水磨砂纸由粗到细打磨平整，用乙醇清洗去油，再用去离子水清洗，吹干后即进行微弧氧化涂层制备。

微弧氧化的工艺过程：将处理后的试片置于电解液液面50mm以下，试片作为电解槽阳极，不锈钢容器作为电解槽阴极，阴极与阳极间的间距控制在100-200mm。

微弧氧化过程工艺参数：恒压法，脉冲数500，脉冲宽度80μs，输入电压450v，通电时间15min，电解液温度25-50℃。

实施例1

电解液溶液配方为：10g/l硅酸钠、4ml/l丙三醇、1g/l氢氧化钠、1g/l六偏磷酸钠、0.1g/l硼酸钠。

实施例2

电解液溶液配方为：10g/l硅酸钠、4ml/l丙三醇、1g/l氢氧化钠、1.5g/l六偏磷酸钠、0.2g/l硼酸钠。

实施例3

电解液溶液配方为：12g/l硅酸钠、5ml/l丙三醇、0.5g/l氢氧化钠、2g/l六偏磷酸钠。

实施例4

电解液溶液配方为：8g/l硅酸钠、6ml/l丙三醇、1.5g/l氢氧化钠、0.5g/l六偏磷酸钠、1g/l硼酸钠。

应用例1

采用铝合金al6061，将实施例1中获得电解液与对比电解液分别对合金进行微弧氧化，微弧氧化时间15min。对比电解液成分为10g/l硅酸钠、4ml/l丙三醇、1g/l氢氧化钠的水溶液。

而后对上述工艺制得的微弧氧化涂层进行厚度、显微硬度检测及化学成分、电化学阻抗谱等检测分析(参见表1)。

应用例2

采用铝合金al5052，将实施例2中获得电解液与对比电解液分别对合金进行微弧氧化，微弧氧化时间15min。对比电解液成分为10g/l硅酸钠、4ml/l丙三醇、1g/l氢氧化钠的水溶液。

而后对上述工艺制得的微弧氧化涂层进行厚度、显微硬度检测及化学成分、电化学阻抗谱等检测分析(参见表2)。

上述性能测试：

采用hitachi日立台式扫描电子显微镜tm3030观察涂层表面形貌；采用日本理学ultimaiv组合型多功能水平x射线衍射仪研究涂层相组成；采用gts8202数字式涂层测厚仪测试膜层厚度；采用hv-1000显微硬度仪测试膜层表面显微硬度，载荷4.9n，加载时间10s。采用parstat4000+电化学工作站测试不同微弧氧化试片在3.5wt％的nacl溶液中的阻抗谱图并进行拟合分析。电化学测试采用专用的电化学电解池，以微弧氧化后的铝合金式样为工作电极，agcl电极为参比电极，铂片为辅助电极(参见图1-6)。

表1al6061微弧氧化涂层测试结果

表2al5052微弧氧化涂层测试结果

由上述图1-6以及表1和2中记载的实验可知，本发明在采用相同设备、相同基体材料的条件下，可显著提高微弧氧化膜层厚度及显微硬度。制备相同厚度的膜层所需时间减少，在一定程度上降低微弧氧化过程的能量消耗。由微观形貌可以看出，制备的膜层表面平整，裂纹及孔隙率降低，喷射状堆积物减少、堆积物尺寸变小。