一种铝锡铜合金表面微弧氧化陶瓷层的制备方法

本发明涉及铝锡铜合金表面处理，尤其涉及一种铝锡铜合金表面微弧氧化陶瓷层的制备方法。

背景技术：

1、轴瓦是内燃机、压力机等机械设备中承载运动、降低摩擦、减少磨损的关键零部件。轴瓦材料的好坏直接影响轴瓦的工作稳定性和使用寿命。常用的轴瓦合金有锡基、铅基、铜基、铝基、铁基合金，其中锡基和铅基又称为巴氏合金。巴氏合金的减摩性好、表面适应性强，但其承载能力低、成本高，且含大量铅、镉等有污染的重金属元素；铜基合金的承载能力高、减摩性好，但其成本高，且铅青铜中的铅元素污染环境。鉴于巴氏合金和钢基合金在性能、经济和环境等方面的问题，各种替代材料不断被开发出来，铝锡铜合金已逐步取代巴氏合金和铜铅合金作为发动机轴瓦材料。然而，当轴高速转动时，轴瓦表面承受一定的周期性交变负荷，并与轴发生摩擦。因此，要求轴瓦材料具有良好的耐磨性能。

2、但是铝锡铜合金自身的耐磨性能有限，铝锡铜合金在使用的过程中会存在失效问题，导致轴瓦失效的原因有异物混入、润滑不良、装配不当、过载和腐蚀等，发动机轴瓦的主要失效形式可有划痕、异物嵌入、磨损、偏磨、擦伤、烧熔等情况，失效的根源主要在于锡铝合金轴瓦的耐磨性能不能够满足更苛刻的工作条件需求。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的铝锡铜合金耐磨性差的问题，本发明的目的在于提供一种铝锡铜合金表面微弧氧化陶瓷层的制备方法，采用微弧氧化技术在铝锡铜合金表面备得到耐磨涂层，利用微弧氧化陶瓷层的硬度高、耐磨性好、与基体冶金结合等特点改善铝锡铜合金材料的耐磨性能。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种铝锡铜合金表面微弧氧化陶瓷层的制备方法，所述方法包括：将铝锡铜合金基体置于碱性电解液中作为阳极，以不锈钢电解槽作为阴极，进行微弧氧化处理，得到表面生长微弧氧化陶瓷层的铝锡铜合金；

3、所述电解液包括质量比为(12-24)：(8-16)：(2-10)：2的铝酸钠、碳酸钠、钨酸钠、乙二胺四乙酸二钠。

4、进一步地，所述电解液中，铝酸钠的浓度为12g/l-24g/l、碳酸钠的浓度为8g/l-16g/l，钨酸钠的浓度为2g/l-10g/l，乙二胺四乙酸二钠的浓度为2g/l。

5、进一步地，所述微弧氧化的电参数为：正向电压：360-450v，负向电压：20-200v，电源频率：300-1500hz，占空比：11％-89％。

6、进一步地，所述电解液的温度为20-30℃。

7、进一步地，所述铝锡铜合金基体置于碱性电解液之前进行表面预处理，所述表面预处理的方法为：分别用200、400和800目的砂纸研磨后抛光。

8、进一步地，所述铝锡铜合金基体的主体元素为铝，并含有锡、铜、锌、锰、铁、钒、钛，所述铝锡铜合金基体中各元素的质量百分比为：镁：0.01％，锡18.52％、铜1.03％、锌0.04％、锰0.03％，铁：0.15％，钒：0.02％，钛：0.02％，余量为铝。

9、进一步地，所述微弧氧化陶瓷层的厚度为5-24μm。

10、进一步地，所述电解液中，铝酸钠浓度为15g/l，碳酸钠浓度为10g/l，钨酸钠浓度为4g/l。

11、进一步地，所述微弧氧化的电参数为：正向电压为390v，负向电压：120v，频率为900hz，占空比为30％。

12、进一步地，所述微弧氧化陶瓷层含有氧元素、铝元素和锡元素。

13、综上所述，本发明具有以下有益效果：

14、本申请在铝锡铜合金表面形成微弧氧化陶瓷层，根据技术要求，通过控制电解液组成、微弧氧化电参数，可以快速达到铝锡铜合金表面形成放电中心，促进维护氧化进行过程，增强铝锡铜合金基体和原位生成陶瓷层的结合力，并可调节陶瓷层的组成及结构特征，使所生成的陶瓷层更加致密，其与基体的结合强度更高，使其不易从铝锡铜合金基体表面脱落，提高陶瓷层的耐磨性和硬度，其显微硬度在1400hv0.1以上；在往复式摩擦磨损试验中，在相同载荷和时间条件下，陶瓷层的磨损量仅是基体磨损量的1/1000左右。

15、本申请所提供的微弧氧化陶瓷层中含有氧元素、铝元素和锡元素。

技术特征：

1.一种铝锡铜合金表面微弧氧化陶瓷层的制备方法，其特征在于，所述方法包括：将铝锡铜合金基体置于碱性电解液中作为阳极，以不锈钢电解槽作为阴极，进行微弧氧化处理，得到表面生长微弧氧化陶瓷层的铝锡铜合金；

2.根据权利要求1所述的一种铝锡铜合金表面微弧氧化陶瓷层的制备方法，其特征在于，所述电解液中，铝酸钠的浓度为12g/l-24g/l、碳酸钠的浓度为8g/l-16g/l，钨酸钠的浓度为2g/l-10g/l，乙二胺四乙酸二钠的浓度为2g/l。

3.根据权利要求1所述的一种铝锡铜合金表面微弧氧化陶瓷层的制备方法，其特征在于，所述微弧氧化的电参数为：正向电压：360-450v，负向电压：20-200v，电源频率：300-1500hz，占空比：11％-89％。

4.根据权利要求1所述的一种铝锡铜合金表面微弧氧化陶瓷层的制备方法，其特征在于，所述电解液的温度为20-30℃。

5.根据权利要求1所述的一种铝锡铜合金表面微弧氧化陶瓷层的制备方法，其特征在于，所述铝锡铜合金基体置于碱性电解液之前进行表面预处理，所述表面预处理的方法为：分别用200、400和800目的砂纸研磨后抛光。

6.根据权利要求1所述的一种铝锡铜合金表面微弧氧化陶瓷层的制备方法，其特征在于，所述铝锡铜合金基体的主体元素为铝，并含有镁、锡、铜、锌、锰、铁、钒、钛，所述铝锡铜合金基体中各元素的质量百分比为：镁：0.01％，锡18.52％、铜1.03％、锌0.04％、锰0.03％，铁：0.15％，钒：0.02％，钛：0.02％，余量为铝。

7.根据权利要求1所述的一种铝锡铜合金表面微弧氧化陶瓷层的制备方法，其特征在于，所述微弧氧化陶瓷层的厚度为5-24μm。

8.根据权利要求2所述的一种铝锡铜合金表面微弧氧化陶瓷层的制备方法，其特征在于，所述电解液中，铝酸钠浓度为15g/l，碳酸钠浓度为10g/l，钨酸钠浓度为4g/l。

9.根据权利要求3所述的一种铝锡铜合金表面微弧氧化陶瓷层的制备方法，其特征在于，所述微弧氧化的电参数为：正向电压为390v，负向电压：120v，频率为900hz，占空比为30％。

10.根据权利要求1所述的一种铝锡铜合金表面微弧氧化陶瓷层的制备方法，其特征在于，所述微弧氧化陶瓷层含有氧元素、铝元素和锡元素。

技术总结
本发明公开了一种铝锡铜合金表面微弧氧化陶瓷层的制备方法，所述方法包括：将铝锡铜合金基体置于碱性电解液中作为阳极，以不锈钢电解槽作为阴极，进行微弧氧化处理，得到表面生长微弧氧化陶瓷层的铝锡铜合金；所述电解液包括质量比为(12‑24)：(8‑16)：(2‑10)：2的铝酸钠、碳酸钠、钨酸钠、乙二胺四乙酸二钠。本发明公开的一种铝锡铜合金表面微弧氧化陶瓷层的制备方法，采用微弧氧化技术在铝锡铜合金表面备得到耐磨涂层，利用微弧氧化陶瓷层的硬度高、耐磨性好、与基体冶金结合等特点改善铝锡铜合金材料的耐磨性能。

技术研发人员：马春生,朱新河,杨帆,付景国,刘江
受保护的技术使用者：大连海事大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13