一种铝合金表面原位生长的多功能陶瓷涂层及其制备方法

本发明属于陶瓷材料，具体涉及一种铝合金表面原位生长的多功能陶瓷涂层及其制备方法。

背景技术：

1、铝合金由于具有优异的综合性能已经广泛应用于航空航天、机械、民用、等工业领域，能够很好地满足轻量化结构和快速运行的设计要求，但由于其自身的al-zn-mg分子结构存在低硬度、耐磨性差的问题。同时，在实际使用过程中，铝合金与氧、酸、碱等接触往往表现出不同形式的局部腐蚀现象，如应力腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、点腐蚀、电偶腐蚀、丝状腐蚀、层状腐蚀等，导致其耐磨和耐蚀性能不能满足工件使用的可靠性和精度要求。另外，有些工件不仅有使用性能的需求，还需要达到一定的装饰或视觉等其他功能，亟需对铝合金进行性能改进，促进其在高端领域的进一步应用。

2、目前，在不影响铝合金本身性能的基础上，国内外的研究重点放在铝合金表面改性方面，通过表面改性获得具有高强度、高耐磨和耐蚀性能的铝合金。铝合金表面改性技术主要包括阳极氧化、化学氧化、微弧氧化、稀土转化膜、电镀、喷涂、激光熔覆、纳米涂层技术等，其中新兴的微弧氧化技术是利用微弧瞬间将温度提高到7000k，同时在基体表面产生阳极氧化膜，产生的高温将表面原有的极化膜转化为陶瓷相。微弧阳极氧化能有效提高阻挡层的厚度，获得的陶瓷涂层更细致均匀，与基体结合力强、韧性高、耐磨和耐腐蚀性更为优良，综合性能突出。同时，微弧阳极氧化技术具有节能环保、绿色无毒、工艺步骤少、生产效率高的优势，在工业领域具有广阔的前景。

3、因此，通过微弧氧化制备一种铝合金表面原位生长的多功能陶瓷涂层，并且通过激光清洗后处理进一步提高铝合金基体与陶瓷涂层的结合强度，成为促进铝合金在高端领域应用的有效方法。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种铝合金表面原位生长的多功能陶瓷涂层，其综合金属和陶瓷优异性能，具有致密度高、结合强度强、综合性能优异的特性，解决传统的铝合金耐磨耐蚀性不足和功能单一的问题。

2、本发明的另一目的在于提供一种铝合金表面原位生长的多功能陶瓷涂层的制备方法，方法简单、易控、清洁且成本低，适用于产业化推广。

3、为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

4、本发明的第一方面提供一种铝合金表面原位生长的多功能陶瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：

5、(1)电解质溶液配制：采用含金属或非金属氧化物的碱性盐配制电解质溶液，ph值在9～13之间，所述电解质溶液按照质量百分比计包括nasio3 5～10wt％、koh 1～5wt％、(napo3)6 1～5wt％、nawo4 1～5wt％、k2cr2o7 1～15wt％和naf1～5wt％，余量为水；

6、(2)铝合金基体预处理：包括对基体进行清洗、除油除锈和表面粗化的处理；

7、(3)基体表面微弧氧化：利用步骤(1)中所述电解质溶液进行微弧氧化，在铝合金表面原位生长，得到多功能陶瓷涂层；

8、(4)激光清洗后处理：利用激光束对步骤(3)中所述多功能陶瓷涂层表面进行激光清洗，降低其表面粗糙度并软化多功能陶瓷涂层，提高所述铝合金基体与多功能陶瓷涂层的结合强度，得到铝合金表面原位生长的多功能陶瓷涂层。

9、作为优选，所述多功能陶瓷涂层具有多孔结构，厚度为20～150μm。

10、作为优选，步骤(2)中，所述基体表面粗化处理包括磨砂、喷砂、车螺纹、滚花或电拉毛中的一种。

11、作为优选，步骤(3)中，所述铝合金的微弧氧化工艺参数包括：恒定的正负占空比均为10％～40％，恒定的频率为100～400hz，调节电压为100～400v，氧化时间为10～60min。

12、作为优选，步骤(4)中，所述激光清洗参数包括：加速电压为100～1500v，束流为3～10ma，清洗速度为55～85mm/s，聚焦电流为2480～2680ma，真空度为3.5×10-2～4.5×10-2pa。

13、本发明的第二方面提供一种铝合金表面原位生长的多功能陶瓷涂层，通过所述铝合金表面原位生长的多功能陶瓷涂层的制备方法制得。

14、作为优选，所述铝合金表面原位生长的多功能陶瓷涂层具有多孔结构，厚度为20～150μm。

15、与传统铝合金相比，本发明产生的有益效果在于：

16、(1)本发明以铝合金为基材，对其进行超声清洗、除油除锈和表面粗化后根据其不同适用领域、性能和色彩要求，选择不同的电解质溶液，利用微弧氧化技术在铝合金表面原位生长多功能陶瓷涂层，电解质溶液中的阳极反应生成的金属离子能够吸附带负电的胶体粒子而进入膜层，而其它金属离子也能吸附其它带负电的胶体粒子而进入膜层，便于调整和改变膜层的微观结构获得新的性能和色彩，所得工件硬度高、耐磨耐蚀性强、抗磨擦、抗冲击且色彩丰富，大大提高工件的综合性能，能够在满足使用性能的基础上通过添加相应的着色剂元素达到装饰等其他功能，从而解决传统铝合金功能单一、性能偏差等问题。

17、(2)本发明采用激光清洗对铝合金表面原位生长的多功能陶瓷涂层进行后处理形成厚度为20～150μm的涂层，能显著提高其耐腐蚀和耐磨性能，保护铝合金基体，进一步提高涂层的结合强度，且制备方法简单、易控、清洁、成本较低，极大地拓宽铝合金的应用领域，适用于产业化推广。

技术特征：

1.一种铝合金表面原位生长的多功能陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述铝合金表面原位生长的多功能陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，所述铝合金表面原位生长的多功能陶瓷涂层具有多孔结构，厚度为20～150μm。

3.根据权利要求1所述铝合金表面原位生长的多功能陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述基体表面粗化处理包括磨砂、喷砂、车螺纹、滚花或电拉毛中的一种。

4.根据权利要求1所述铝合金表面原位生长的多功能陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述铝合金的微弧氧化工艺参数包括：恒定的正负占空比均为10％～40％，恒定的频率为100～400hz，调节电压为100～400v，氧化时间为10～60min。

5.根据权利要求1所述铝合金表面原位生长的多功能陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述激光清洗参数包括：加速电压为100～1500v，束流为3～10ma，清洗速度为55～85mm/s，聚焦电流为2480～2680ma，真空度为3.5×10-2～4.5×10-2pa。

6.一种铝合金表面原位生长的多功能陶瓷涂层，其特征在于，通过权利要求1至5任一项所述铝合金表面原位生长的多功能陶瓷涂层的制备方法制得。

7.根据权利要求6所述的铝合金表面原位生长的多功能陶瓷涂层，其特征在于，所述铝合金表面原位生长的多功能陶瓷涂层具有多孔结构，厚度为20～150μm。

技术总结本发明公开了一种铝合金表面原位生长的多功能陶瓷涂层及其制备方法，包括：配制电解质溶液，pH值在9～13之间，按质量百分比计包括NaSiO<subgt;3</subgt; 5～10wt％、KOH 1～5wt％、(NaPO<subgt;3</subgt;)<subgt;6</subgt; 1～5wt％、NaWO<subgt;4</subgt; 1～5wt％、K<subgt;2</subgt;Cr<subgt;2</subgt;O<subgt;7</subgt; 1～15wt％和NaF 1～5wt％，余量为水，基体清洗、除油除锈和表面粗化，采用电解质溶液进行微弧氧化，在铝合金表面原位生长得到多功能陶瓷涂层，表面激光清洗即得。本发明利用微弧氧化技术在铝合金表面原位生长多功能陶瓷涂层，在满足使用性能的基础上通过添加着色剂元素达到装饰等功能，解决传统铝合金功能单一、性能偏差等问题，适用于产业化推广。技术研发人员：陈忠元,王涵毓,刘星宇,孙岩文,王祥龙,王欣悦,袁建辉受保护的技术使用者：上海工程技术大学技术研发日：技术公布日：2024/6/26