本發(fā)明屬于微弧氧化表面處理，具體涉及一種鋁合金黑色耐磨微弧氧化陶瓷膜制備方法。

背景技術(shù)：

1、微弧氧化又稱為等離子電解氧化，是一種通過電化學(xué)轉(zhuǎn)化原理在閥金屬表面生長陶瓷層的表面處理技術(shù)，提高金屬材料的耐磨、耐腐蝕等性能。工業(yè)中最常用的包括本色氧化與黑色氧化兩種技術(shù)，前者所制備的陶瓷層基本由金屬材料原位轉(zhuǎn)化形成，如鋁合金-氧化鋁層、鎂合金-氧化鎂層，具有結(jié)合強(qiáng)度高、硬度高的特點(diǎn)，通常具有優(yōu)異的綜合使役性能；后者是在表面防護(hù)+美觀著色一體化的需求中發(fā)展而來的微弧氧化技術(shù)，生成的陶瓷層包含主要兩部分：一是以本色氧化物陶瓷為主的基底層，二是以外源離子轉(zhuǎn)化形成的黑色氧化物構(gòu)成的著色表層，如黑色cuo、v2o3等。由于外源離子轉(zhuǎn)化的氧化物與基底層的物理化學(xué)性質(zhì)差異，因此結(jié)合強(qiáng)度通常不高，并且其自身硬度也較低，在耐磨性方面與本色微弧差異較大。

2、鋁合金著黑色微弧氧化膜，由于兼具輕量化、耐腐蝕、外觀修飾等突出作用，應(yīng)用普及度逐年增大，如艦船、武器、雷達(dá)、汽車上的鋁合金結(jié)構(gòu)件/裝飾件等，其應(yīng)用工況由靜止/不摩擦擴(kuò)大到運(yùn)動/摩擦，因此黑色微弧氧化膜硬度與耐磨性不足成為了鋁合金表面強(qiáng)化領(lǐng)域的一個待解決的難題。

3、針對微弧氧化膜硬度不足的問題，目前普遍采用的一個方法是采用高硬度納米顆粒摻雜，但摻雜高硬度顆?？鼓サ姆椒壳皹O少應(yīng)用于鋁合金黑色微弧氧化膜，其中一個原因是納米顆粒摻雜量過大，容易導(dǎo)致團(tuán)聚而使溶液失效。另外，單純以顆粒摻雜的方式提高黑色膜硬度，會導(dǎo)致表面著色層中黑色物質(zhì)含量下降，降低黑色膜的黑度與美觀度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種鋁合金黑色耐磨微弧氧化陶瓷膜制備方法，通過向微弧氧化電解溶液中添加可溶性鹽、納米顆粒，使鋁合金黑色微弧氧化膜層中生成多種包括黑色物質(zhì)在內(nèi)的高硬度氧化物，并以高硬納米顆粒填充孔隙，不僅實(shí)現(xiàn)黑色膜層硬度的提高，同時避免了其黑度降低。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供的一種鋁合金黑色耐磨微弧氧化陶瓷膜制備方法，包括，

3、配置微弧氧化溶液；所述微弧氧化溶液包括10-30g/l的氧化膜生長劑，8-18g/l的絡(luò)合劑，8-15g/l的著色劑，10-15g/l的增硬劑，4-7ml/l的納米顆粒膠體分散劑；

4、微弧氧化處理；將預(yù)處理后的鋁合金樣品浸沒于微弧氧化溶液中，通過分段式給定電流策略對鋁合金樣品進(jìn)行微弧氧化處理，得到鋁合金黑色耐磨微弧氧化陶瓷膜。

5、進(jìn)一步地，所述氧化膜生長劑為硅酸鈉、硅酸鉀、磷酸三鈉、磷酸三鉀、六聚偏磷酸鈉、焦磷酸鈉中的一種或多種；所述絡(luò)合劑為edta二鈉、edta二鉀、檸檬酸鈉、檸檬酸鉀中的一種或多種；所述著色劑為偏釩酸鈉、偏釩酸銨中的一種或多種；所述增硬劑為氟鋯酸鉀、氟鋯酸鈉、氟鋯酸銨、鎢酸鈉、鎢酸鉀中的一種或多種；所述納米顆粒膠體分散劑為納米二氧化鋯膠體溶液。

6、進(jìn)一步地，所述微弧氧化溶液中至少添加10g/l的鎢酸鈉或鎢酸鉀；所述微弧氧化溶液中的氟鋯酸鉀、氟鋯酸鈉、氟鋯酸銨的添加總量與所述納米顆粒膠體分散劑的添加量比值滿足0~5g/l：7~4ml/l。

7、進(jìn)一步地，所述微弧氧化溶液配置過程中試劑的添加順序為：絡(luò)合劑、氧化膜生長劑、增硬劑、納米顆粒膠體分散劑。

8、進(jìn)一步地，所述微弧氧化處理過程采用雙極脈沖直流電源，所述雙極脈沖直流電源的脈沖電流基本參數(shù)為，正向電流頻率200-1200hz，正向占空比4%-18%，正向終止電壓500-600v，正向終止電流1.2-3.5a/dm-2；負(fù)向電流頻率200-1200hz，負(fù)向占空比4%-18%，負(fù)向終止電壓120-200v，負(fù)向終止電流0.5-1.5a/dm-2。

9、進(jìn)一步地，所述微弧氧化處理的時間為35-65min，所述微弧氧化處理溫度為45-55℃。

10、進(jìn)一步地，所述分段式給定電流策略的正向電流給定策略為，當(dāng)正向電壓為0-300v時，正向電流給定0.5-1a/dm2；當(dāng)正向電壓為300-500v時，正向電流給定0.8-2.5a/dm2；當(dāng)正向電壓為500-600v時，正向電流給定2-3.5a/dm2。

11、進(jìn)一步地，所述分段式給定電流策略的負(fù)向電流給定策略為，當(dāng)負(fù)向電壓為0-40v時，負(fù)向電流給定0.1-0.4a/dm2；當(dāng)負(fù)向電壓為40-120v時，負(fù)向電流給定0.35-0.8a/dm2；當(dāng)負(fù)向電壓為120-200v時，負(fù)向電流給定0.8-1.5a/dm2。

12、進(jìn)一步地，所述預(yù)處理過程為，將鋁合金樣品先堿洗除油5min，其后再酸洗1min，隨后水洗并烘干。

13、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

14、首先，本發(fā)明所提供的微弧氧化溶液，添加了多種可溶性增硬劑與固態(tài)納米顆粒幫助黑色膜層中形成高硬度氧化物以提高膜層硬度，強(qiáng)化效果佳，因此可以對納米顆粒的添加量進(jìn)行適當(dāng)控制，避免顆粒團(tuán)聚對溶液壽命的惡化；同時所添加增硬劑可以生成黑色高硬度氧化物，解決了通常的純白色高硬氧化物含量升高而引起的黑度下降問題。在本發(fā)明所提供的增硬劑與納米顆粒的添加量條件下，能夠同時實(shí)現(xiàn)鋁合金黑色微弧氧化膜的高黑度與高硬度。

15、其次，本發(fā)明所提供的微弧氧化處理方法，電流參數(shù)及電流給定策略與所述微弧氧化溶液是相匹配的。一是采取了雙極脈沖電流，在本發(fā)明所提供的負(fù)向電流-負(fù)向電壓參數(shù)條件下，帶正電荷的納米顆粒向鋁合金樣品負(fù)極吸附的效率以及氧化膜生長效率達(dá)到較高的水平，實(shí)現(xiàn)氧化膜硬度的顯著提高；二是采取了分段式給定電流策略，針對不同電壓階段施加特定的電流密度，使氧化膜在整個處理周期內(nèi)均勻生長，并使高硬度黑色氧化物主要形成于外表面的黑色膜層中，發(fā)揮增黑效果。

16、總而言之，本發(fā)明所提供的微弧氧化溶液以及微弧氧化處理方法所制備的鋁合金黑色微弧氧化膜層，具有高硬度、高黑度的優(yōu)點(diǎn)，且溶液穩(wěn)定性好，使用壽命長。

17、為了更清楚地說明本公開的實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例的附圖進(jìn)行簡要說明，應(yīng)當(dāng)知道，以下描述的附圖僅僅涉及本公開的一些實(shí)施例，而非對本公開的限制，其中：

18、圖1是本發(fā)明實(shí)施例1提供的黑色微弧氧化陶瓷膜的宏觀形貌。

19、圖2是本發(fā)明實(shí)施例2提供的黑色微弧氧化陶瓷膜的微觀形貌。

20、圖3是本發(fā)明實(shí)施例1-3與對比例1提供的黑色微弧氧化陶瓷膜經(jīng)摩擦磨損試驗后的宏觀形貌，其中，a為實(shí)施例1經(jīng)摩擦磨損試驗后的黑色微弧氧化陶瓷膜宏觀形貌，b為實(shí)施例2經(jīng)摩擦磨損試驗后的黑色微弧氧化陶瓷膜宏觀形貌，c為實(shí)施例3經(jīng)摩擦磨損試驗后的黑色微弧氧化陶瓷膜宏觀形貌，d為對比例1經(jīng)摩擦磨損試驗后的黑色微弧氧化陶瓷膜宏觀形貌。

技術(shù)特征：

1.一種鋁合金黑色耐磨微弧氧化陶瓷膜制備方法，其特征在于，所述方法包括，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋁合金黑色耐磨微弧氧化陶瓷膜制備方法，其特征在于，所述氧化膜生長劑為硅酸鈉、硅酸鉀、磷酸三鈉、磷酸三鉀、六聚偏磷酸鈉、焦磷酸鈉中的一種或多種；所述絡(luò)合劑為edta二鈉、edta二鉀、檸檬酸鈉、檸檬酸鉀中的一種或多種；所述著色劑為偏釩酸鈉、偏釩酸銨中的一種或多種；所述增硬劑為氟鋯酸鉀、氟鋯酸鈉、氟鋯酸銨、鎢酸鈉、鎢酸鉀中的一種或多種；所述納米顆粒膠體分散劑為納米二氧化鋯膠體溶液。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鋁合金黑色耐磨微弧氧化陶瓷膜制備方法，其特征在于，所述微弧氧化溶液中至少添加10g/l鎢酸鈉或鎢酸鉀；所述微弧氧化溶液中的氟鋯酸鉀、氟鋯酸鈉、氟鋯酸銨的添加量總和與所述納米顆粒膠體分散劑添加量比值滿足0~5g/l：7~4ml/l。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋁合金黑色耐磨微弧氧化陶瓷膜制備方法，其特征在于，所述微弧氧化溶液配置過程中試劑的添加順序為：絡(luò)合劑、氧化膜生長劑、增硬劑、納米顆粒膠體分散劑。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋁合金黑色耐磨微弧氧化陶瓷膜制備方法，其特征在于，所述微弧氧化處理過程采用雙極脈沖直流電源，所述雙極脈沖直流電源的脈沖電流基本參數(shù)為，正向電流頻率200-1200hz，正向占空比4%-18%，正向終止電壓500-600v，正向終止電流1.2-3.5a/dm-2；負(fù)向電流頻率200-1200hz，負(fù)向占空比4%-18%，負(fù)向終止電壓120-200v，負(fù)向終止電流0.5-1.5a/dm-2。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋁合金黑色耐磨微弧氧化陶瓷膜制備方法，其特征在于，所述微弧氧化處理的時間為35-65min，所述微弧氧化處理溫度為45-55℃。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋁合金黑色耐磨微弧氧化陶瓷膜制備方法，其特征在于，所述分段式給定電流策略的正向電流給定策略為，當(dāng)正向電壓為0-300v時，正向電流給定0.5-1a/dm2；當(dāng)正向電壓為300-500v時，正向電流給定0.8-2.5a/dm2；當(dāng)正向電壓為500-600v時，正向電流給定2-3.5a/dm2。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋁合金黑色耐磨微弧氧化陶瓷膜制備方法，其特征在于，所述分段式給定電流策略的負(fù)向電流給定策略為，當(dāng)負(fù)向電壓為0-40v時，負(fù)向電流給定0.1-0.4a/dm2；當(dāng)負(fù)向電壓為40-120v時，負(fù)向電流給定0.35-0.8a/dm2；當(dāng)負(fù)向電壓為120-200v時，負(fù)向電流給定0.8-1.5a/dm2。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋁合金黑色耐磨微弧氧化陶瓷膜制備方法，其特征在于，所述預(yù)處理過程為，將鋁合金樣品先堿洗除油5min，其后再酸洗1min，隨后水洗并烘干。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于微弧氧化表面處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋁合金黑色耐磨微弧氧化陶瓷膜制備方法，主要步驟包括：1）配制微弧氧化溶液，成分包括氧化膜生長劑、絡(luò)合劑、著色劑、增硬劑、納米顆粒膠體分散劑；2）控制雙極脈沖電流參數(shù)以及電流給定策略進(jìn)行微弧氧化處理，正/負(fù)向電流頻率均為200?1200Hz，正負(fù)向電流占空比均為4?18%，隨電壓增大逐步提高給定電流值，使氧化膜生長速度均衡。本發(fā)明解決了黑色微弧氧化膜層硬度與耐磨性不足的問題，在不損失微弧氧化膜層黑度的同時顯著提高其硬度與耐磨性，擴(kuò)大了鋁合金黑色微弧氧化膜的應(yīng)用范圍。

技術(shù)研發(fā)人員：黃孝余,田渝,唐斌
受保護(hù)的技術(shù)使用者：重慶三航新材料技術(shù)研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10