采用等离子放电技术提高铝阳极氧化涂层致密性的方法

本发明属于金属表面改性方法，具体涉及一种采用等离子放电技术提高铝阳极氧化涂层致密性的方法。

背景技术：

1、铝合金因其质地软、耐磨性差，以及在特殊环境下耐蚀性能与耐高温性能差的特点，使其在结构材料中的应用受到很大限制。铝合金表面自发产生的钝化膜具有一定的防腐蚀效果，但这种天然的氧化铝膜很薄，很容易被破坏，因此，急需找到一种更高效的办法来防止这种现象产生。现有解决方法一般为在铝合金表面形成一层具有一定致密性和硬度的保护膜，以增加铝合金部件的使用寿命。在铝合金表面形成保护膜的方法主要有化学氧化、气相沉积、电镀、阳极氧化以及微弧氧化等表面处理技术。阳极氧化是利用电化学反应在阳极原位生长氧化涂层的方法，该方法制备的涂层是贯穿型的孔隙结构，具有较好的耐蚀性，其耐蚀性与基体材料、孔隙率、膜层厚度等有关；还具有良好的耐磨性和绝热性，而由于阳极氧化涂层为多孔结构，其致密性稍差，进而会影响其绝缘性能。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种采用等离子放电技术提高铝阳极氧化涂层致密性的方法，该方法制备的铝阳极氧化涂层具有较高的致密性和绝缘性。

2、本发明所采用的技术方案是，采用等离子放电技术提高铝阳极氧化涂层致密性的方法，具体按照以下步骤实施：

3、步骤1、将硫酸、磷酸与乙二醇加入水中，得到混合溶液a；将硫酸、磷酸、硼酸与乙二醇加入水中，得到混合溶液b；将硫酸、硼酸与乙二醇加入水中，得到混合溶液c；将磷酸和铬酸加入水中，得到混合溶液d；

4、步骤2、分别以混合溶液a、b、c作为电解液，以铝合金试样作为阳极，以不锈钢槽体作为阴极，进行三步阳极氧化；

5、步骤3、洗涤样品表面，去除杂质，得到大厚度多孔铝阳极氧化涂层；

6、步骤4、将羧甲基纤维素、氢氧化钠和六偏磷酸钠加入水中，得到混合溶液e；

7、步骤5、对步骤3得到的铝合金多孔涂层试样表面进行封孔处理；然后以混合溶液e作为电解液进行等离子放电，在铝合金试样表面制得致密化涂层。

8、本发明的特点还在于：

9、步骤1的四种混合溶液中，硫酸的浓度为30～120g/l，磷酸的浓度为1～30g/l，硼酸的浓度为1～30g/l，乙二醇的浓度为1～30g/l。

10、步骤1的混合溶液d中，铬酸的浓度为1～30g/l。

11、步骤2的三步阳极氧化过程具体为：

12、先使用溶液a进行阳极氧化，氧化结束后，将得到的试样浸入溶液d，在溶液d中去掉氧化层，保留得到的大孔痕迹，得到阻挡层，再依次使用溶液b、溶液c氧化增厚。

13、阳极氧化的工艺条件为：电压为20～120v，阳极氧化脉冲频率2khz～30khz，阳极氧化的占空比为6％～30％，三次氧化的时间均为20～80分钟，氧化温度0～25℃。

14、步骤4的混合溶液e中，羧甲基纤维素的浓度为1～5g/l，氢氧化钠的浓度为1～10g/l，六偏磷酸钠的浓度为1～10g/l。

15、步骤5的封孔处理过程具体为：

16、先在步骤3得到的铝合金多孔涂层试样表面依次滴加质量分数为2～30％的偏铝酸钠和浓度为1～3g/l的羧甲基纤维素，再抽真空处理。

17、步骤5的等离子放电中，以铝合金试样作为阳极，以不锈钢槽体作为阴极。

18、步骤5中，等离子放电的工艺条件为：电流0.1～1a，脉冲频率2khz～20khz，占空比6～30％。

19、本发明的有益效果是：

20、(1)本发明方法分别使用三种不同的混酸溶液作为电解液，其中以硫酸为主要成分，辅以其他弱酸和有机醇形成复合电解液，在超高频电源下进行三步阳极氧化，第一次阳极氧化结束后，将氧化后的试样浸入混酸溶液d，去掉得到的氧化层，保留得到的大孔，进而可以继续进行第二次、第三次氧化，最终得到大厚度致密的阳极氧化涂层，涂层孔径由内向外逐渐变小，厚度随之增大，且这种原位生长的氧化铝涂层与铝基体结合紧密；

21、(2)本发明方法采用含有乙二醇的电解液，抑制了电化学过程中游离铝离子向阴极迁移，而且由于羟基的相互排斥作用，可促进与羟基络合的铝离子在阳极表面分布均匀，有利于在阳极氧化过程中生长得到厚度均匀的阳极氧化涂层；

22、(3)本发明方法制备的阳极氧化涂层的孔结构和厚度可控、成本低廉，而且制备的涂层与基体之间无不连续界面，再结合等离子放电技术在阳极氧化的基础上对其孔结构进行致密化填充，得到大厚度且致密的阳极氧化涂层，该涂层的抗击穿电压为2.5kv-4.5kv，具有良好的绝缘性，有望在工业领域获得广泛的应用。

技术特征：

1.采用等离子放电技术提高铝阳极氧化涂层致密性的方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

2.根据权利要求1所述的采用等离子放电技术提高铝阳极氧化涂层致密性的方法，其特征在于，步骤1的四种混合溶液中，硫酸的浓度为30～120g/l，磷酸的浓度为1～30g/l，硼酸的浓度为1～30g/l，乙二醇的浓度为1～30g/l。

3.根据权利要求1所述的采用等离子放电技术提高铝阳极氧化涂层致密性的方法，其特征在于，步骤1的混合溶液d中，铬酸的浓度为1～30g/l。

4.根据权利要求1所述的采用等离子放电技术提高铝阳极氧化涂层致密性的方法，其特征在于，步骤2的三步阳极氧化过程具体为：

5.根据权利要求4所述的采用等离子放电技术提高铝阳极氧化涂层致密性的方法，其特征在于，阳极氧化的工艺条件为：电压为20～120v，阳极氧化脉冲频率2khz～30khz，阳极氧化的占空比为6％～30％，三次氧化的时间均为20～80分钟，氧化温度0～25℃。

6.根据权利要求1所述的采用等离子放电技术提高铝阳极氧化涂层致密性的方法，其特征在于，步骤4的混合溶液e中，羧甲基纤维素的浓度为1～5g/l，氢氧化钠的浓度为1～10g/l，六偏磷酸钠的浓度为1～10g/l。

7.根据权利要求1所述的采用等离子放电技术提高铝阳极氧化涂层致密性的方法，其特征在于，步骤5的封孔处理过程具体为：

8.根据权利要求1所述的采用等离子放电技术提高铝阳极氧化涂层致密性的方法，其特征在于，步骤5的等离子放电中，以铝合金试样作为阳极，以不锈钢槽体作为阴极。

9.根据权利要求1所述的采用等离子放电技术提高铝阳极氧化涂层致密性的方法，其特征在于，步骤5中，等离子放电的工艺条件为：电流0.1～1a，脉冲频率2khz～20khz，占空比6～30％。

技术总结本发明公开了采用等离子放电技术提高铝阳极氧化涂层致密性的方法，包括：将硫酸、磷酸与乙二醇加入水中，得到混合溶液A；将硫酸、磷酸、硼酸与乙二醇加入水中，得到混合溶液B；将硫酸、硼酸与乙二醇加入水中，得到混合溶液C；将磷酸和铬酸加入水中，得到混合溶液D；分别以混合溶液A、B、C作为电解液，进行三步阳极氧化；洗涤样品表面，去除杂质，得到大厚度多孔铝阳极氧化涂层；将羧甲基纤维素、氢氧化钠和六偏磷酸钠加入水中，得到混合溶液E；对铝合金多孔涂层试样表面进行封孔处理；然后以混合溶液E作为电解液进行等离子放电，在铝合金试样表面制得致密化涂层。本发明方法制备的铝阳极氧化涂层具有较高的致密性和绝缘性。技术研发人员：蒋百铃,胡苗,周睿,袁香,沈德斌,杨超,葛延峰,杜玉洲,荆毅辉受保护的技术使用者：西安理工大学技术研发日：技术公布日：2024/7/18