复合合金材料及其制备方法和金属结构件与流程

本发明属于复合合金材料领域，具体涉及一种复合合金材料及其制备方法和金属结构件。

背景技术：

1、镁铝复合材料是指通过铸造、焊接、轧制等方法，将镁合金和铝合金复合的特殊材料。主要应用在对外观和减重有要求的金属结构件中。镁铝复合材料同时具有镁合金和铝合金的优点，也继承了镁合金活泼、不耐腐蚀的特点。

2、因为镁合金具有活泼的金属特性，镁铝复合材料无法进行常规的阳极氧化和pvd等表面处理。而传统的微弧氧化配方和工艺具有一定的局限性，只能处理单一的合金材料，无法在复合材料表面同时形成均匀、致密的微弧氧化膜，表面孔隙率高，硬度较低，与外观膜层(例如pvd膜层)的结合力差，耐磨损，耐腐蚀性能较差，无法满足结构件的外观工艺要求。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种复合合金材料及其制备方法和金属结构件。采用本发明的电解液配方在复合合金基体表面进行微弧氧化处理，同时形成了高硬度、高致密性的氧化层，从而提高了氧化层和外观膜层之间的结合力，使外观膜层不易从氧化层上脱落，同时还提高了复合合金材料整体的耐腐蚀性能、耐磨性能和机械强度。

2、在本发明的第一个方面，本发明提出了一种制备复合合金材料的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：

3、(1)对复合合金基体进行微弧氧化，以便在所述复合合金基体的至少部分表面形成氧化层，得到第一中间件，所述微弧氧化的电解液中包括硅酸盐、氟化盐、氢氧化锂和铝酸盐；

4、(2)对所述第一中间件的表面进行抛光，以便得到第二中间件；

5、(3)在所述第二中间件的至少部分表面形成外观膜层；

6、其中，所述复合合金基体包括镁铝复合基体和钛铝复合基体中的至少一种。

7、根据本发明实施例的制备复合合金材料的方法，采用本发明的电解液配方在包括多种合金的复合合金基体表面进行微弧氧化处理，同时形成了高硬度、高致密性的氧化层；抛光后，再在其表面形成外观膜层。由此，高致密性的氧化层提高了氧化层和外观膜层之间的结合力，使外观膜层不易从氧化层上脱落，应用于结构件的外观装饰领域可以实现多种颜色装饰效果；高致密性的氧化层还提高了复合合金材料整体的耐腐蚀性能；高硬度的氧化层提高了复合合金材料整体的耐磨性能和机械强度。

8、另外，根据本发明上述实施例的方法还可以具有如下附加的技术特征：

9、在本发明的一些实施例中，在所述电解液中，所述硅酸盐的浓度为2-40g/l，所述氟化盐的浓度为2-20g/l，所述氢氧化锂的浓度为2-10g/l，所述铝酸盐的浓度为0.5-10g/l。

10、在本发明的一些实施例中，所述电解液中还包括碱，以使所述电解液的ph不小于13。

11、在本发明的一些实施例中，所述硅酸盐包括硅酸钠、硅酸钾中的至少之一。

12、在本发明的一些实施例中，所述氟化盐包括氟化钾和氟化钠中的至少之一。

13、在本发明的一些实施例中，所述铝酸盐包括铝酸钠、铝酸钾中的至少之一。

14、在本发明的一些实施例中，所述碱包括氢氧化钠和氢氧化钾中的至少之一。

15、在本发明的一些实施例中，所述微弧氧化的工作温度为10-30℃，所述微弧氧化的频率为200-3000hz，占空比为3-100％，电压为240-750v，所述微弧氧化的时间为10-120min。

16、在本发明的一些实施例中，所述抛光采用的抛光液包括金刚石、氧化铝和二氧化硅中的至少之一。

17、在本发明的一些实施例中，经过机械抛光后，所述第二中间件的表面粗糙度ra不大于0.3μm。

18、在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，沿所述第一中间件表面的氧化层的厚度方向，将所述第一中间件表面的氧化层抛光掉1/3-1/4。

19、在本发明的一些实施例中，采用pvd镀膜的方法在所述第二中间件的至少部分表面形成所述外观膜层，所述pvd镀膜的真空度为0.003pa-0.006pa，电压为500-700v，时间为为1200s-2400s。

20、在本发明的一些实施例中，所述pvd镀膜的靶材包括cr、si、al和ti中的至少之一。

21、在本发明的第二个方面，本发明提出了一种复合合金材料。根据本发明的实施例，所述复合合金材料包括：

22、复合合金基体，所述复合合金基体包括镁铝复合基体和钛铝复合基体中的至少一种；

23、氧化层，所述氧化层设置在所述复合合金基体的至少部分表面；

24、外观膜层，所述外观膜层设置在所述氧化层的至少部分表面；

25、其中，所述氧化层包括硅酸铝、硅酸镁和/或硅酸钛、氧化铝、氟化镁和/或氟化钛、铝酸锂。

26、根据本发明实施例的复合合金材料，氧化层具有高硬度和高致密性的优点，由此，高致密性的氧化层提高了氧化层和外观膜层之间的结合力，使外观膜层不易从氧化层上脱落，应用于结构件的外观装饰领域可以实现多种颜色装饰效果；高致密性的氧化层还提高了复合合金材料整体的耐腐蚀性能；高硬度的氧化层提高了复合合金材料整体的耐磨性能和机械强度。

27、另外，根据本发明上述实施例的复合合金材料还可以具有如下附加的技术特征：

28、在本发明的一些实施例中，所述氧化层包括3-12重量份的硅酸铝、3-20重量份的硅酸镁和/或硅酸钛、50-70重量份的氧化铝、3-15重量份的氟化镁和/或氟化钛、3-8重量份的铝酸锂。

29、在本发明的一些实施例中，所述氧化铝包括α-al2o3，基于所述氧化铝的总质量，所述α-al2o3的含量为30-95％wt％。

30、在本发明的一些实施例中，所述氧化层的厚度为20-80μm。

31、在本发明的一些实施例中，所述外观膜层的厚度为1-3μm。

32、在本发明的一些实施例中，满足以下条件的至少之一：所述氧化层表面的硬度不小于800hv；所述氧化层表面的孔隙率不大于1‰。

33、在本发明的第三个方面，本发明提出一种金属结构件。根据本发明的实施例，所述金属结构件具有以上实施例所述方法制得的复合合金材料或者以上实施例所述的复合合金材料。由此，该金属结构件具有复合合金材料所有的优点，具体地，氧化层和外观膜层之间的结合力强，外观膜层不易从氧化层上脱落，复合合金材料整体的耐腐蚀性能较强，且复合合金材料整体的耐磨性能和机械强度均较强。

34、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种制备复合合金材料的方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述电解液中，所述硅酸盐的浓度为2-40g/l，所述氟化盐的浓度为2-20g/l，所述氢氧化锂的浓度为2-10g/l，所述铝酸盐的浓度为0.5-10g/l。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述电解液中还包括碱，以使所述电解液的ph不小于13。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅酸盐包括硅酸钾、硅酸钠中的至少之一。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氟化盐包括氟化钾和氟化钠中的至少之一。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铝酸盐包括铝酸钾、铝酸钠中的至少之一。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碱包括氢氧化钠和氢氧化钾中的至少之一。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微弧氧化的工作温度为10-30℃，所述微弧氧化的频率为200-3000hz，占空比为3-100％，电压为240-750v，所述微弧氧化的时间为10-120min。

9.根据权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于，所述抛光采用的抛光液包括金刚石、氧化铝和二氧化硅中的至少之一。

10.根据权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于，经过机械抛光后，所述第二中间件的表面粗糙度ra不大于0.3μm。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，沿所述第一中间件表面的氧化层的厚度方向，将所述第一中间件表面的氧化层抛光掉1/3-1/4。

12.根据权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于，采用pvd镀膜的方法在所述第二中间件的至少部分表面形成所述外观膜层，所述pvd镀膜的真空度为0.003pa-0.006pa，电压为500-700v，时间为1200s-2400s。

13.根据权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于，所述pvd镀膜的靶材包括cr、si、al、和ti中的至少之一。

14.一种复合合金材料，其特征在于，包括：

15.根据权利要求14所述的复合合金材料，其特征在于，所述氧化层包括3-12重量份的硅酸铝、3-20重量份的硅酸镁和/或硅酸钛、50-70重量份的氧化铝、3-15重量份的氟化镁和/或氟化钛、3-8重量份的铝酸锂。

16.根据权利要求14或15所述的复合合金材料，其特征在于，所述氧化铝包括α-al2o3，基于所述氧化铝的总质量，所述α-al2o3的含量为30-95wt％。

17.根据权利要求14或15所述的复合合金材料，其特征在于，所述氧化层的厚度为20-80μm。

18.根据权利要求14或15所述的复合合金材料，其特征在于，所述外观膜层的厚度为1-3μm。

19.根据权利要求14或15所述的复合合金材料，其特征在于，满足以下条件的至少之一：

20.一种金属结构件，其特征在于，具有权利要求1-13任一项所述方法制得的复合合金材料或者权利要求14-19任一项所述的复合合金材料。

技术总结本发明公开了复合合金材料及其制备方法和金属结构件，其中，方法包括：对复合合金基体进行微弧氧化，以便在复合合金基体的至少部分表面形成氧化层，得到第一中间件，微弧氧化的电解液中包括硅酸盐、氟化盐、氢氧化锂和铝酸盐；对第一中间件的表面进行抛光，以便得到第二中间件；在第二中间件的至少部分表面形成外观膜层；其中，复合合金基体包括镁铝复合基体和钛铝复合基体中的至少一种。采用本发明的电解液配方在复合合金基体表面进行微弧氧化处理，同时形成了高硬度、高致密性的氧化层，从而提高了氧化层和外观膜层之间的结合力，使外观膜层不易从氧化层上脱落，同时还提高了复合合金材料整体的耐腐蚀性能、耐磨性能和机械强度。技术研发人员：王磊,武恩涵,石峰云,马兰,陈梁受保护的技术使用者：比亚迪股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/29