大厚度的铝阳极氧化涂层的制备方法

本发明属于金属表面改性方法，具体涉及一种大厚度的铝阳极氧化涂层的制备方法。

背景技术：

1、铝及其合金因具有较低的密度、较高的强度以及较优的铸造性能和成型能力等特点，在建筑、机电、交通运输、航空航天、生物医药等领域得到广泛应用，但同时也存在一些不足，例如，铝及其合金制品普遍存在耐磨性差、表面硬度较低、对酸碱环境下耐腐蚀性差的问题；同时，在自然环境下，铝表面生成的钝化膜厚度较薄(100-150nm厚)且疏松，难以对铝基体形成有效保护，当铝及铝合金处在潮湿或盐雾等极易引起腐蚀的复杂工况时，会出现剥蚀、晶界腐蚀及应力腐蚀等问题，这在一定程度上限制了铝及其合金的进一步应用。因此，如何提高铝及铝合金材料的耐磨、耐腐蚀等能力是当前铝及铝合金领域表面改性的热门话题。

2、在一些表面膜层改性技术中，镀层、涂层以及化学转化膜等可对铝及其合金基体起到一定保护作用，但因环境污染、操作复杂、成本较高等问题使得前述这些表面处理技术的发展受到了一定限制，进而使得寻找绿色环保、工艺条件不高、实验条件要求不高的铝合金表面处理技术成为国内外学者研究热点。阳极氧化技术(aao)属于符合前述特征的一种技术，通过该技术所制备的陶瓷膜层具备一定的耐磨耐蚀性能、生物及光学性能等特点，表现出良好的应用前景。但是，现有阳极氧化技术制备的涂层的厚度一般为5-20μm，对基体的保护作用有限，因此，如何制备大厚度涂层就显得尤为重要。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种大厚度的铝阳极氧化涂层的制备方法，可以在铝合金表面阳极氧化原位生长厚度为50～190μm的大厚度涂层。

2、本发明所采用的技术方案是，大厚度的铝阳极氧化涂层的制备方法，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、用去离子水和酒精溶液洗涤样品表面，去除杂质，得到大厚度的铝阳极氧化涂层。

6、本发明的特点还在于：

7、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。

8、步骤1的混合溶液d中，铬酸的浓度为1～30g/l。

9、步骤2的三步阳极氧化过程具体为：

10、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。

11、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℃。

12、本发明的有益效果是：

13、(1)本发明方法分别使用三种不同的混酸溶液作为电解液，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；

14、(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；

15、(3)本发明方法采用合适的阳极氧化温度及电压，这两个参数对涂层的厚度起到决定作用，在本发明方法的参数范围内，才能得到50～190μm的大厚度涂层；

16、(4)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，有望在工业领域获得广泛的应用。

技术特征：

1.大厚度的铝阳极氧化涂层的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

2.根据权利要求1所述的大厚度的铝阳极氧化涂层的制备方法，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所述的大厚度的铝阳极氧化涂层的制备方法，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所述的大厚度的铝阳极氧化涂层的制备方法，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所述的大厚度的铝阳极氧化涂层的制备方法，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℃。

技术总结本发明公开了大厚度的铝阳极氧化涂层的制备方法，包括：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；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；步骤3、用去离子水和酒精溶液洗涤样品表面，去除杂质，得到大厚度的铝阳极氧化涂层。本发明方法可以在铝合金表面阳极氧化原位生长厚度为50～190μm的大厚度涂层，进而对基体起到有效保护作用。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