粗糙度可控的铜基材表面微弧氧化涂层的制备方法

本发明属于金属表面处理，涉及一种粗糙度可控的铜基材表面微弧氧化涂层的制备方法。

背景技术：

1、由于良好的耐海水腐蚀性能，铝青铜、铝黄铜、镍铝铜合金、锰青铜等铜材已成为造船的标准材料。军舰和大部分大型商船的螺旋桨常采用铝青铜或者黄铜制造，为了防止海水中氯离子、海生物对螺旋桨等部件腐蚀，常采用阴极保护、涂装防护涂层、电解防污等方法进行外加防护。涂装涂层与基材结合强度差且表面粗糙度难以有效控制，流体摩擦阻力、空泡腐蚀等因素会加速螺旋桨表面涂装涂层的剥落，因此，需要一种工艺提高涂层与基材结合强度，并降低涂层表面粗糙度，减少磨蚀造成表面防护涂层剥落的几率。

2、微弧氧化技术(mao)是一种以击穿放电作为驱动力，通过电化学、热化学、等离子体化学等反应，在金属表面生成氧化膜的绿色处理技术，能够显著提高其耐摩擦磨损、耐腐蚀等性能。mao膜层生长依赖反复的击穿放电以及重构过程，mao电解液组成直接影响起弧电压、成膜速率和膜层组分。对于难以直接进行mao处理的铜及其合金基材，筛选合适的电化学参数和电解液组成，可以实现铜及其合金表面直接进行mao表面处理。例如cn110016708a的发明专利中公开了一种适用铜或黄铜合金的mao工艺，利用na2sio3和naoh的水溶液、或naalo2和nah2po4的水溶液、或naalo2和na2sio3的水溶液，并结合特定的电参数在铜或黄铜合金上生成mao膜层。但该技术未充分发挥mao工艺的先进性，工艺涉及在铜或黄铜合金基材上生长mao膜层，未实现对膜层调控，无法满足不同应用场景需求，不利于精细化工业生产。

3、因此，如何控制mao放电过程实现膜层结构有效调控，充分发挥mao技术工艺先进性和氧化涂层性能，在铜及其合金表面原位生长具有可控粗糙结构的氧化涂层，是目前基于铜及其合金制备复合涂层所面临的主要难题。

技术实现思路

1、本发明针对上述技术问题，提供一种粗糙度可控的铜基材表面微弧氧化涂层的制备方法，通过控制电解液组分浓度以及mao微弧氧化处理工艺参数，可以有效控制放电能量，从而调节涂层孔隙率和致密度，实现了mao涂层表面粗糙度的可控调节。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明提供一种粗糙度可控的铜基材表面微弧氧化涂层的制备方法，包括以下步骤：

4、a、配制电解液：用偏铝酸钠、磷酸二氢钠、次亚磷酸钠和氢氧化钠配制成混合水溶液；

5、b、制备陶瓷涂层：将待处理铜基材依次进行打磨、清洗、干燥处理，以步骤a得到的混合水溶液作为电解液，以不锈钢容器电解槽作为阴极、铜材作为阳极进行微弧氧化处理，在铜材表面原位生长一层陶瓷涂层；所述微弧氧化处理采用恒流或恒压模式进行，恒流模式控制阳极电流密度为5～80a/dm2、占空比10～80％、频率50～800hz，恒压模式控制正向电压为300～800v，负向电压为100～300v，占空比10～80％，频率50～800hz。

6、本发明技术方案中所述混合水溶液中偏铝酸钠、磷酸二氢钠、次亚磷酸钠和氢氧化钠浓度分别为16～26g/l、7～13g/l、8～13g/l、1.5～3.0g/l。

7、本发明技术方案中所述铜基材包括纯铜、铜锌合金、铜锡合金、铜铬合金、铜铝合金和镍铝铜合金。

8、本发明技术方案中所述微弧氧化处理中采用鼓泡器促进电解液循环及散热。

9、本发明技术方案中所述微弧氧化处理中控制电解液温度为5～30℃。

10、相比现有技术，本发明的有益效果在于：

11、本发明方法通过控制电解液组成中偏铝酸钠和氢氧化钠含量，以及mao微弧氧化处理工艺参数，可以有效调节放电尺寸、个数，控制放电能量，从而调节涂层孔隙率和致密度，实现mao涂层表面粗糙度的可控调节，提高铜材耐摩蚀性能；同时该方法适用于在多种铜基材表面直接生长mao膜层，基材适用范围广。

技术特征：

1.一种粗糙度可控的铜基材表面微弧氧化涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合水溶液中偏铝酸钠、磷酸二氢钠、次亚磷酸钠和氢氧化钠浓度分别为16~26 g/l、7~13 g/l、8~13 g/l、1.5~3.0 g/l。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铜基材包括纯铜、铜锌合金、铜锡合金、铜铬合金、铜铝合金和镍铝铜合金。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述微弧氧化处理中采用鼓泡器促进电解液循环及散热。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述微弧氧化处理中控制电解液温度为5~30 ℃。

技术总结本发明属于金属表面处理技术领域，公开了一种粗糙度可控的铜基材表面微弧氧化涂层的制备方法，包括以下步骤：配制电解液：用偏铝酸钠、磷酸二氢钠、次亚磷酸钠和氢氧化钠配制成混合水溶液；制备陶瓷涂层：将待处理铜材依次进行打磨、清洗、干燥处理，以混合水溶液作为电解液，以不锈钢容器电解槽作为阴极、铜材作为阳极进行微弧氧化处理，在铜材表面原位生长一层陶瓷涂层；微弧氧化处理采用恒流或恒压模式进行。本发明通过控制电解液组分浓度以及MAO微弧氧化处理工艺参数，可以有效控制放电能量，从而调节涂层孔隙率和致密度，实现了MAO涂层表面粗糙度的可控调节。技术研发人员：张馨文,周延军,李浩林,张国赏受保护的技术使用者：河南省科学院材料研究所技术研发日：技术公布日：2024/7/9