一种微弧氧化法制备铝合金表面防腐防污一体化涂层及其制备方法与流程

本发明属于铝及铝合金表面处理领域，具体涉及一种微弧氧化法制备铝合金表面防腐防污一体化涂层及其制备方法。

背景技术：

铝合金耐海水腐蚀性能好，具有密度小、比强度高、易加工成型、可焊接无磁性等特点，在船舶工业中可以有效减轻舰船重量、提高稳定性并降低能源消耗。铝合金已经成为世界多国舰船的主要结构材料之一，其应用也遍及气垫船、渡船、高速客船、军用快艇等各类型船舶。但由于铝合金硬度低、不耐磨损以及在海洋环境中使用难以避免的微生物附着等问题，在应用中一般会对铝合金进行阳极氧化、化学转化处理、表面涂装等防腐蚀、防污损处理。而目前常用的铬酸盐钝化、磷化处理工艺由于存在环境污染严重等问题，已受到国内外环保法规的严格限制。可取代传统化学转化处理工艺的新型环保工艺大多存在耐蚀性不理想、成本较高等诸多问题。再者，铝合金的防腐处理和防污处理在工艺上一般是独立的两个处理过程：首先在基体表面涂装防腐涂料，然后再在防腐涂料外面涂装防污涂料。这就带来两层涂层体系的筛选配合、涂装工艺调整、反复涂装、涂装费用高等问题。同时存在涂层间的结合问题，一旦外层防污涂层磨损或剥落，导致尚存的防腐涂层没有防污功能问题。因此，有待于研发能同时起到防腐蚀和防污损作用的涂层，以提高铝合金的防腐防污效果并降低制造成本。

微弧氧化可以在铝及其合金表面原位生成一层氧化膜，有效提升铝及铝合金基体的耐腐蚀、耐磨损性能，在航空航天、机械、装饰行业具有广阔的应用前景。但由于微弧氧化膜生成过程中存在电弧放电及熔融液体金属的冷却凝固，不可避免的会在表面留下放电微小孔隙和显微裂纹。在实际应用中这些缺陷往往成为腐蚀性离子优先侵入的对象，并且也易于微生物的聚集附着，这都会对其后期应用造成不利影响。进而通过微弧氧化方法获得兼具防腐、防污的功能的一体化双功能涂层是现阶段急需解决的问题。

技术实现要素：

本发明基于背景技术存在的问题，结合纳米技术，提出一种微弧氧化法制备铝合金表面防腐防污一体化涂层及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种微弧氧化法制备铝合金表面防腐防污一体化涂层的制备方法，使用含有纳米银的电解液，通过微弧氧化于铝合金表面形成兼具防腐防污一体化双功能的涂层。

所述含有纳米银的电解液为每升水中8～12g硅酸钠、2～6ml丙三醇、0.1～2g氢氧化钠、0.5～6g纳米银，ph值为6～12。

所述纳米银粒径为10nm～80nm。

所述微弧氧化电压为350～500v。

微弧氧化法制备铝合金表面防腐防污一体化涂层，按照所述方法制备获得兼具防腐防污一体化双功能的涂层。

所述涂层表面光滑、层中均匀分布纳米银，层厚为50～300μm。

本发明具有以下优点

本发明涂层由含有纳米银的电解液通过一次微弧氧化制备获得兼具防腐蚀和防生物污损两种功能，该方法简化铝及铝合金的涂装工艺流程，节能降耗，并且不含对人体和环境有害的物质，符合环保要求。本发明微弧氧化方法改进了溶液导电特性及涂层形成机理，降低在铝及铝合金表面留下放电微小孔隙和显微裂纹，微弧氧化在持续稳定的状态下加工15min后，可在其表面制备出10μm以上的微弧氧化涂层。

附图说明

图1为本发明实施例提供的通过微弧氧化获得涂层表面形貌sem显微图以及涂层中ag、al、si的分布eds图谱。

图2a为本发明实施例提供的涂层实海浸泡2个月检测照片。

图2b为本发明实施例提供的对比空白钢板实海浸泡2个月检测照片。

具体实施方式

以下结合实例对本发明的具体实施方式做进一步说明，应当指出的是，此处所描述的具体实施方式只是为了说明和解释本发明，并不局限于本发明。

本发明解决了现有微弧氧化技术制备的陶瓷膜不能防微生物污损的问题，可以在铝合金表面一次性制备防腐防污一体化涂层。本发明在以硅酸盐或磷酸盐为主盐的电解液中添加纳米银，采用脉冲电源对铝合金进行微弧氧化处理。

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30mm×30mm×8mm的试片，在试片上方的位置钻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，待用。

实施例1

将上述获得铝合金板材进行微弧氧化：

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100～120mm，进行微弧氧化处理获得厚度为50μm的兼具防腐蚀和防生物污损两种功能的涂层(参见图1)。

微弧氧化过程工艺参数：脉冲数500，脉冲宽度80μs，输入电压450v，通电时间15min，电解液温度25～30℃。

电解液溶液配方为每升去离子水中10g硅酸钠、4ml丙三醇、1g氢氧化钠和1g纳米银；其中，纳米银粒径为40～60nm。

将上述实施例获得涂层采用hitachi日立台式扫描电子显微镜tm3030观察涂层表面形貌、各元素eds；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；由图1可见涂层表面比常规制备的微弧氧化涂层孔隙降低，ag在涂层中均匀分布，对微弧氧化放电微孔具有局部填充作用，进而体现涂层整体具有均匀的防污效果。同时进一步实现采用微弧氧化的方式得到兼具防腐功能的金属陶瓷组分(金属氧化物)和防污功能的纳米银组分有机结合的一体化涂层。

实施例2

将上述获得铝合金板材进行微弧氧化：

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120～150mm，进行微弧氧化处理获得厚度为100μm的兼具防腐蚀和防生物污损两种功能的涂层(参见图1)。

微弧氧化过程工艺参数：脉冲数500，脉冲宽度80μs，输入电压450v，通电时间15min，电解液温度30～40℃。

电解液溶液配方为每升去离子水中10g硅酸钠、2ml丙三醇、1g氢氧化钠、2g纳米银；其中，纳米银粒径为50～70nm。

实施例3

将上述获得铝合金板材进行微弧氧化：

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150～170mm，进行微弧氧化处理获得厚度为160μm的兼具防腐蚀和防生物污损两种功能的涂层(参见图1)。

微弧氧化过程工艺参数：脉冲数500，脉冲宽度80μs，输入电压450v，通电时间15min，电解液温度40～45℃。

电解液溶液配方为每升去离子水中12g硅酸钠、2ml丙三醇、0.5g氢氧化钠、0.5g纳米银；其中，纳米银粒径为40～60nm。

实施例4

将上述获得铝合金板材进行微弧氧化：

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180～200mm，进行微弧氧化处理获得厚度为240μm的兼具防腐蚀和防生物污损两种功能的涂层(参见图1)。

微弧氧化过程工艺参数：脉冲数500，脉冲宽度80μs，输入电压450v，通电时间15min，电解液温度45～50℃。

电解液溶液配方为每升去离子水中8g硅酸钠、6ml丙三醇、1.5g氢氧化钠、4g纳米银；其中，纳米银粒径为60～80nm。

同时以未进行微弧氧化处理的空白钢板为对照。

采用parstat4000+电化学工作站测试上述各实施例获得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；采用微弧氧化涂层与基体同时置于实海环境中浸泡，60天后取出，观察表面生物污损情况(参见图2)。

由图2a可见制备有防腐防污一体化涂层的试板表面光滑、防污性能好。表面仅有一个附着痕迹，未对材料表面产生破坏，显示纳米银起到了抑制微生物附着的作用。由图2b可见同一时间内，空白对比钢板绝大部分被绿色的藻类及生物幼虫覆盖。

由上述记载的实验及附图可知，本发明采用微弧氧化技术制备的防腐防污一体化涂层，在提高机体耐腐蚀性的同时，改善了基体防生物污损性能。涂层由微弧氧化一次性制备，简化铝及铝合金的涂装工艺流程，节能降耗。