一种用于铝合金表面疏水、耐腐蚀和电磁屏蔽复合涂层的制备方法

本发明涉及铝合金表面防护涂层，尤其涉及一种用于铝合金表面疏水、耐腐蚀和电磁屏蔽复合涂层的制备方法。

背景技术：

1、随着信息技术的快速发展，通信设备、便携式电子无线网络设备和通信基站等现代网络设施已成为人们日常生活中不可缺少的一部分，这些仪器和设备的广泛应用产生大量的电磁波污染，对人类的生产生活造成很大的危害。电磁波引起的电磁辐射不仅会干扰电子设备的正常工作，造成电子信息泄密，还会危害人类身体健康。

2、铝合金具有低密度、高强度、热稳定性等优异的特点，作为结构材料广泛应用于航空航天、船舶、汽车、国防、电子等行业。然而，面对恶劣的服役环境，铝合金易于腐蚀、耐磨性差，屏蔽机制以反射为主的缺点限制了其在电磁屏蔽领域的应用。

3、目前，采用微弧氧化工艺在金属表面制备金属陶瓷层可以明显提高耐腐蚀性和耐磨性，但微弧氧化涂层的导电性和磁性能较差，限制了其在电磁屏蔽领域的应用。

4、通过调控微弧氧化涂层的孔结构和涂层成分，实现微弧氧化涂层的功能性应用具有重要意义。目前，针对微弧氧化涂层导电性和磁性差的问题，主要是通过改变电解液成分和后处理的方式来改善涂层的电磁性能。

5、专利cn 111926365 a公开了镁合金微弧氧化高效电磁屏蔽涂层及其制备方法，该工艺在微弧氧化电解液中添加羰基铁粉，在镁合金表面制备了含羰基铁的微弧氧化涂层，提高了镁合金微弧氧化涂层的电磁屏蔽性能，但羰基铁在电解液中的分散性很差，在微弧氧化涂层的含量很低，难以在涂层表面形成均匀的导电网络。

6、随着电磁屏蔽材料服役环境的多样化，要求电磁屏蔽涂层具有高结合强度、耐腐蚀、疏水等多功能特性。因此，设计一种具有疏水性、耐腐蚀性和高机械性能的电磁屏蔽涂层具有重要的研究价值和意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决铝合金耐蚀性、耐磨性差等缺点，提高铝合金微弧氧化涂层的电磁屏蔽性能，提供一种用于铝合金表面疏水、耐腐蚀和电磁屏蔽复合涂层的制备方法。本发明首先在铝合金表面原位生长多孔氧化铝涂层，涂层与基体为冶金结合，提高铝合金的耐腐蚀性能和机械性能；在多孔氧化铝涂层表面负载磁性镍颗粒，有效改善氧化铝涂层的磁性和导电性，磁性镍颗粒产生的介电损耗、磁损耗以及磁性粒子与氧化铝涂层之间产生的界面极化进一步消耗电磁波的能量；最后通过硬脂酸对涂层表面改性，在具有粗糙结构的表面修饰低表面物质，明显提高涂层的疏水性。本发明在提高铝合金耐腐蚀性能的同时，实现微弧氧化涂层的电磁屏蔽性能和疏水性能，满足恶劣环境下铝合金工件在电磁屏蔽领域的应用。

2、为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

3、一种用于铝合金表面疏水、耐腐蚀和电磁屏蔽复合涂层的制备方法，该方法包括如下步骤：

4、步骤1：对铝合金试样采用400#～2000#砂纸水磨处理，分别用无水乙醇和丙酮超声清洗10～30min；

5、步骤2：将铝合金试样置于na2sio3·9h2o、(napo3)6、naoh的碱性电解液中，采用双脉冲直流电源制备微弧氧化涂层；

6、其中，碱性电解液为含有na2sio3·9h2o、(napo3)6和naoh的水溶液，溶液中na2sio3·9h2o浓度为5～20g/l，(napo3)6浓度为2～10g/l，naoh浓度为0.5～5g/l；

7、电流密度为4～20a/dm2、频率为100～1000hz、占空比为10～60％，时间为5～30min，电解液温度控制在20～30℃；

8、步骤3：将步骤2得到的微弧氧化工件浸渍到硝酸镍乙醇溶液中，进行真空浸渍处理，在真空干燥箱内干燥1～5h，并在马弗炉中高温煅烧，得到负载氧化镍的复合涂层；

9、浸渍液成分为0.3～1.5mol/l的硝酸镍乙醇溶液，浸渍时间1～3h，70～90℃干燥，300～500℃下高温煅烧1～3h；

10、步骤4：将步骤3得到的涂层进行还原处理，将干燥后的工件放置在真空管式炉中，在h2/ar2氛围下升温至400～520℃，还原时间为1～5h，得到负载镍颗粒的复合涂层；

11、步骤5：将步骤4得到的工件浸泡在硬脂酸乙醇溶液中，硬脂酸乙醇溶液的浓度为0.1～0.5mol/l，干燥后得到具有疏水性的复合涂层。

12、所述步骤4中，还原气氛为h2/ar2，h2的体积浓度为5～15％，升温速率为5～15℃/min。

13、所述的铝合金具体为6061铝合金、7075铝合金或1060铝合金；

14、所述步骤5中，浸泡时间为1～3h，烘干温度为40～90℃。

15、所述的复合涂层的静态疏水角为130.03～137.38°，自腐蚀电位为-0.634～-0.559v，自腐蚀电流密度6.857×10-7～1.071×10-8a/cm2，x波段(8.2～12.4ghz)的电磁屏蔽效能为40～44db。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

17、1.本发明采用通过控制微弧氧化工艺，在铝合金表面原位制备火山口状多孔al2o3陶瓷层，基体与氧化铝之间的结合为冶金结合，结合强度高。采用浸渍还原处理在多孔陶瓷层表面均匀分布负载磁性镍颗粒，有效改善氧化铝膜层的磁性和介电性能。

18、2.本发明中铝合金微弧氧化电磁屏蔽复合涂层具有优异的的电磁屏蔽性能，电磁屏蔽效能高于40db，高于商业标准；疏水性高；耐腐蚀性能优异。

19、3.本发明制备方法简单、膜层结合力强、不易脱落，有良好的应用前景。

技术特征：

1.一种用于铝合金表面疏水、耐腐蚀和电磁屏蔽复合涂层的制备方法，其特征为该方法包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的用于铝合金表面疏水、耐腐蚀和电磁屏蔽复合涂层的制备方法，其特征为所述步骤4中，还原气氛为h2/ar2，h2的体积浓度为5～15％，升温速率为5～15℃/min。

3.如权利要求1所述的用于铝合金表面疏水、耐腐蚀和电磁屏蔽复合涂层的制备方法，其特征为所述的铝合金具体为6061铝合金、7075铝合金或1060铝合金。

4.如权利要求1所述的用于铝合金表面疏水、耐腐蚀和电磁屏蔽复合涂层的制备方法，其特征为所述步骤5中，浸泡时间为1～3h，烘干温度为40～90℃。

5.如权利要求1所述的用于铝合金表面疏水、耐腐蚀和电磁屏蔽复合涂层的制备方法，其特征为所述的复合涂层的静态疏水角为130.03～137.38°，自腐蚀电位为-0.634～-0.559v，自腐蚀电流密度为6.857×10-7～1.071×10-8a/cm2，x波段(8.2～12.4ghz)的电磁屏蔽效能为40～44db。

技术总结本发明为一种用于铝合金表面疏水、耐腐蚀和电磁屏蔽复合涂层的制备方法。该方法首先在铝合金表面原位生长多孔氧化铝涂层，提高铝合金的耐腐蚀性能和机械性能；然后在多孔氧化铝涂层表面负载磁性镍颗粒，有效改善氧化铝涂层的磁性和导电性；最后通过硬脂酸对涂层表面改性，在具有粗糙结构的表面修饰低表面物质，明显提高涂层的疏水性。本发明在提高铝合金耐腐蚀性能的同时，实现微弧氧化涂层的电磁屏蔽性能和疏水性能，满足恶劣环境下铝合金工件在电磁屏蔽领域的应用。技术研发人员：杜安,邵帅,马瑞娜,马仕霖,曹晓明受保护的技术使用者：河北工业大学技术研发日：技术公布日：2024/4/17