專利名稱：鋁基復(fù)合材料表面熔鹽電沉積鋁膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域的表面涂層及其制備，具體是一種鋁基復(fù)合材料表面熔鹽電沉積鋁膜的制備方法。
背景技術(shù)：
原位內(nèi)生TM2顆粒增強鋁基復(fù)合材料中，由于具有導(dǎo)電性良好、密度低、硬度高、 熔點高和界面潤濕性良好等優(yōu)點的TB2顆粒的引入，提高了該復(fù)合材料的強度、剛度、耐磨性、彈性模量等性能，使其在眾多領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用前景。該復(fù)合材料在使用環(huán)境條件下的穩(wěn)定性是其廣泛應(yīng)用的前提，但由于TB2顆粒的存在導(dǎo)致其耐腐蝕性能比基體合金低很多，所以嚴(yán)重限制了其在潮濕空氣、海水等環(huán)境中的應(yīng)用。這主要是由于Tm2顆粒的生成增大了復(fù)合材料的不均勻性，以及它的導(dǎo)電性使其與基體在腐蝕性介質(zhì)中極易發(fā)生的電偶反應(yīng)加速了基體的腐蝕。因此，在該復(fù)合材料表面電沉積一層耐蝕性優(yōu)異且可進行常規(guī)后處理的鋁膜將滿足其廣泛應(yīng)用的需求。有關(guān)提高鋁基復(fù)合材料表面耐腐蝕性能的報道非常少，且工藝手段大多是模仿鋁合金在材料的表面制備氧化鋁膜。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，賀春林等人在《金屬學(xué)報》2001 37(8) =865-868撰文“2024A1與SiCP/2024Al復(fù)合材料的腐蝕與腐蝕控制研究”， 該文采用熱水封閉的SiCP/2024Al復(fù)合材料陽極氧化膜具有一定的耐腐蝕性能，但由于氧化膜中SiC顆粒的存在破壞了膜的均勻性和完整性。另外，也有在鋁基復(fù)合材料表面制備化學(xué)轉(zhuǎn)化膜提高其耐腐蝕性能的方法，但由于化學(xué)膜膜厚不夠(大多為3 5 μ m)，防腐程度有限，所以實際應(yīng)用受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種鋁基復(fù)合材料表面熔鹽電沉積鋁膜的制備方法，在原位內(nèi)生TM2顆粒增強鋁基復(fù)合材料表面制備一層完整、致密、均勻、與基體結(jié)合力好、厚度可控的鋁膜，使其克服了用常規(guī)表面處理方法在鋁基復(fù)合材料表面形成的保護膜的防腐效果不如基體金屬表面保護膜的缺點，彌補了陽極氧化不能在鋁基復(fù)合材料表面形成連續(xù)保護膜(氧化鋁膜)的不足，彌補了化學(xué)轉(zhuǎn)化膜整體厚度不大、在顆粒處成膜差的不足。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明采用混合鹽和添加劑配制酸性電沉積液，然后以鋁基復(fù)合材料為陰極、純鋁為陽極，經(jīng)電化學(xué)活化后在電沉積液中進行直流電沉積使復(fù)合材料表面形成鋁膜。所述的鋁基復(fù)合材料是指原位內(nèi)生TM2顆粒增強鋁基復(fù)合材料。所述的鋁基復(fù)合材料和純鋁均經(jīng)表面拋光處理。所述的拋光處理是指將鋁基復(fù)合材料和純鋁依次經(jīng)過400#、800#、1200#、2000#
砂紙打磨拋光。所述的混合鹽是指經(jīng)干燥處理的氯化鉀和氯化鈉。
所述的干燥處理方法是指將氯化鉀和氯化鈉于400°C加熱干燥8 10h。所述的電沉積液的組分及質(zhì)量百分比含量為無水氯化鋁75% 82%、氯化鉀 7. 5% 11. 5%、氯化鈉8% 12%、添加劑1. 5% 2. 5%。所述的電化學(xué)活化具體是指以純鋁作為陰極、以鋁基復(fù)合材料作為陽極，在 0. 2 0. 5A/dm2的電流密度下進行電化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)時間為3 8min，溫度為130°C。所述的直流電沉積是指以鋁基復(fù)合材料為陰極、純鋁為陽極，直流電沉積工藝參數(shù)為電流密度為0. 7 1. 5A/dm2，電沉積時間為30 60min，電沉積溫度為130°C。本發(fā)明原理在于在原位內(nèi)生TW2顆粒增強鋁基復(fù)合材料表面電沉積一層鋁膜可以提高該復(fù)合材料表面的抗腐蝕性能，一方面是因為純鋁具有優(yōu)異的耐蝕性、抗氧化性、可加工性等特性；另一方面是因為電沉積鋁膜與鋁基復(fù)合材料的鋁基體不存在電位差，它們之間不會發(fā)生電偶腐蝕，即使鋁膜被損壞也不會加速基體的腐蝕；此外，還因為電沉積鋁膜與鋁基復(fù)合材料鋁基體之間不存在熱膨脹系數(shù)的差別，使鋁膜附著力強、耐溫性好；第四， 因為鋁基復(fù)合材料表面電沉積的鋁膜是完整、平整的，其耐蝕性不會低于基體合金鋁膜的耐蝕性。本發(fā)明通過在TB2顆粒增強鋁基復(fù)合材料表面制備一層完整的鋁膜，完全把導(dǎo)電顆粒TB2和復(fù)合材料中的其他相都覆蓋住，由此消除了 TB2與基體中α -Al之間以及復(fù)合材料中其他相(除α-Al相)與α-Al之間發(fā)生電偶反應(yīng)的可能性，相當(dāng)于復(fù)合材料的表面變成了純鋁，將使復(fù)合材料表面具備較好的耐腐蝕等性能。本發(fā)明所形成的鋁膜還可以進行一系列的相關(guān)后處理操作(如陽極氧化)，此時相當(dāng)于在純鋁上操作，這將彌補鋁基復(fù)合材料其他表面處理的一些不足，如彌補顆粒增強鋁基復(fù)合材料陽極氧化膜連續(xù)性差的不足，彌補化學(xué)轉(zhuǎn)化膜整體厚度不大、在顆粒處成膜差的不足等。本發(fā)明在TB2顆粒增強鋁基復(fù)合材料表面制備鋁膜的方法，簡單易行，適應(yīng)性強。采用該方法生產(chǎn)的具有鋁膜的鋁基復(fù)合材料，其鋁膜厚度為10 20 μ m,且厚度可控，鋁膜平整，同時因為鋁膜是在復(fù)合材料表面形核、生長而成，所以相比噴涂方法其結(jié)合力要好，又因電沉積的鋁膜與鋁基復(fù)合材料的鋁基體之間不存在熱膨脹系數(shù)的差別和電位差，所以其附著力強、耐溫性好和不會發(fā)生電偶腐蝕。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。實施例11)鋁基復(fù)合材料和純鋁分別依次經(jīng)過400#、800#、1200#、2000#砂紙打磨拋光。2)將氯化鉀和氯化鈉混合均勻后于400°C加熱干燥8 10h。3)把無水氯化鋁、氯化鉀、氯化鈉及添加劑均勻混合后，升溫至130°C熔化制得電沉積液。電沉積液中各組分的質(zhì)量百分比為無水氯化鋁75%、氯化鉀11. 5%、氯化鈉 12%、添加劑1. 5%。4)在電沉積液中，以純鋁作為陰極，鋁基復(fù)合材料作為陽極，在0. 3A/dm2的電流密度下進行電化學(xué)活化，反應(yīng)時間為3min，溫度為130°C。
5)在電沉積液中，以鋁基復(fù)合材料為陰極、純鋁為陽極，在0. 7A/dm2，130°C下對復(fù)合材料進行30min的直流電沉積。得到的鋁基復(fù)合材料表面的鋁膜致密、均勻、平整、完整、與基體結(jié)合力好，其厚度約為10 μ m。在3. 5wt% NaCl溶液中進行電化學(xué)實驗，結(jié)果表明表面電沉積鋁膜的鋁基復(fù)合材料與未處理的鋁基復(fù)合材料相比，耐腐蝕性能明顯提高，腐蝕電流密度從10_5A/cm2數(shù)量級，降低到10_6A/Cm2數(shù)量級。實施例21)鋁基復(fù)合材料和純鋁分別依次經(jīng)過400#、800#、1200#、2000#砂紙打磨拋光。2)將氯化鉀和氯化鈉混合均勻后于400°C加熱干燥8 10h。3)把無水氯化鋁、氯化鉀、氯化鈉及添加劑均勻混合后，升溫至130°C熔化制得電沉積液。電沉積液中各組分的質(zhì)量百分比為無水氯化鋁78%、氯化鉀10%、氯化鈉10%、 添加劑2%。4)在電沉積液中，以純鋁作為陰極，鋁基復(fù)合材料作為陽極，在0. 4A/dm2的電流密度下進行電化學(xué)活化，反應(yīng)時間為5min，溫度為130°C。5)在電沉積液中，以鋁基復(fù)合材料為陰極、純鋁為陽極，在1. 2A/dm2，130°C下對復(fù)合材料進行45min的直流電沉積。得到的鋁基復(fù)合材料表面的鋁膜致密、均勻、平整、完整、與基體結(jié)合力好，其厚度約為17 μ m。在3. 5wt% NaCl溶液中進行電化學(xué)實驗，結(jié)果表明表面電沉積鋁膜的鋁基復(fù)合材料與未處理的鋁基復(fù)合材料相比，耐腐蝕性能明顯提高，腐蝕電流密度從10_5A/cm2數(shù)量級，降低到1(T7A/Cm2數(shù)量級。實施例31)鋁基復(fù)合材料和純鋁分別依次經(jīng)過400#、800#、1200#、2000#砂紙打磨拋光。2)將氯化鉀和氯化鈉混合均勻后于400°C加熱干燥8 10h。3)把無水氯化鋁、氯化鉀、氯化鈉及添加劑均勻混合后，升溫至130°C熔化制得電沉積液。電沉積液中各組分的質(zhì)量百分比為無水氯化鋁82%、氯化鉀7.5%、氯化鈉8%、 添加劑2.5%。4)在電沉積液中，以純鋁作為陰極，鋁基復(fù)合材料作為陽極，在0. 5A/dm2的電流密度下進行電化學(xué)活化，反應(yīng)時間為8min，溫度為130°C。5)在電沉積液中，以鋁基復(fù)合材料為陰極、純鋁為陽極，在1. 5A/dm2，130°C下對復(fù)合材料進行60min的直流電沉積。得到的鋁基復(fù)合材料表面的鋁膜致密、均勻、平整、完整、與基體結(jié)合力好，其厚度約為20 μ m。在3. 5wt% NaCl溶液中進行電化學(xué)實驗，結(jié)果表明表面電沉積鋁膜的鋁基復(fù)合材料與未處理的鋁基復(fù)合材料相比，耐腐蝕性能明顯提高，腐蝕電流密度從10_5A/cm2數(shù)量級，降低到1(T7A/Cm2數(shù)量級。
權(quán)利要求
1.一種鋁基復(fù)合材料表面熔鹽電沉積鋁膜的制備方法，其特征在于，采用混合鹽和添加劑配制酸性電沉積液，然后以鋁基復(fù)合材料為陰極、純鋁為陽極，經(jīng)電化學(xué)活化后在電沉積液中進行直流電沉積使復(fù)合材料表面形成鋁膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁基復(fù)合材料表面熔鹽電沉積鋁膜的制備方法，其特征是， 所述的鋁基復(fù)合材料是指原位內(nèi)生TM2顆粒增強鋁基復(fù)合材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁基復(fù)合材料表面熔鹽電沉積鋁膜的制備方法，其特征是， 所述的鋁基復(fù)合材料和純鋁均經(jīng)表面拋光處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋁基復(fù)合材料表面熔鹽電沉積鋁膜的制備方法，其特征是， 所述的拋光處理是指將鋁基復(fù)合材料和純鋁依次經(jīng)過400#、800#、1200#、2000#砂紙打磨拋光。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁基復(fù)合材料表面熔鹽電沉積鋁膜的制備方法，其特征是， 所述的混合鹽是指經(jīng)過干燥處理的氯化鉀和氯化鈉的混合。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋁基復(fù)合材料表面熔鹽電沉積鋁膜的制備方法，其特征是， 所述的干燥處理方法是指將氯化鉀和氯化鈉于400°C加熱干燥8 10h。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁基復(fù)合材料表面熔鹽電沉積鋁膜的制備方法，其特征是， 所述的電沉積液的組分及質(zhì)量百分比含量為無水氯化鋁75% 82%、氯化鉀7. 5% 11. 5%、氯化鈉8% 12%、添加劑1. 5% 2. 5%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁基復(fù)合材料表面熔鹽電沉積鋁膜的制備方法，其特征是， 所述的電化學(xué)活化具體是指以純鋁作為陰極、以鋁基復(fù)合材料作為陽極，在0. 2 0. 5A/ dm2的電流密度下進行電化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)時間為3 8min，溫度為130°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁基復(fù)合材料表面熔鹽電沉積鋁膜的制備方法，其特征是， 所述的直流電沉積是指以鋁基復(fù)合材料為陰極、純鋁為陽極，直流電沉積工藝參數(shù)為電流密度為0. 7 1. 5A/dm2，電沉積時間為30 60min，電沉積溫度為130°C。
10.一種鋁基復(fù)合材料表面熔鹽電沉積鋁膜，其特征在于，根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述方法制備得到。
全文摘要
一種復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域的鋁基復(fù)合材料表面熔鹽電沉積鋁膜的制備方法，采用混合鹽和添加劑配制酸性電沉積液，然后以鋁基復(fù)合材料為陰極、純鋁為陽極，經(jīng)電化學(xué)活化后在電沉積液中進行直流電沉積使復(fù)合材料表面形成鋁膜。本發(fā)明克服了用常規(guī)表面處理方法在鋁基復(fù)合材料表面形成的保護膜的防腐效果不如基體金屬表面保護膜的缺點，彌補了陽極氧化不能在鋁基復(fù)合材料表面形成連續(xù)保護膜的不足，彌補了化學(xué)轉(zhuǎn)化膜整體厚度不大、在顆粒處成膜差的不足。
文檔編號C25D3/66GK102191519SQ201110108118
公開日2011年9月21日 申請日期2011年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月28日
發(fā)明者劉預(yù), 周聰, 王浩偉, 馬乃恒, 黃文貌 申請人:上海交通大學(xué)