專(zhuān)利名稱(chēng)：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(qiáng)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(diǎn)高和界面潤(rùn)濕性良好等優(yōu)點(diǎn)的TB2顆粒的引入，提高了該復(fù)合材料的強(qiáng)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(jìn)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(bào)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(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，賀春林等人在《金屬學(xué)報(bào)》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(yáng)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(shí)際應(yīng)用受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)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(qiáng)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(hù)膜的防腐效果不如基體金屬表面保護(hù)膜的缺點(diǎn)，彌補(bǔ)了陽(yáng)極氧化不能在鋁基復(fù)合材料表面形成連續(xù)保護(hù)膜(氧化鋁膜)的不足，彌補(bǔ)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(guò)以下技術(shù)方案實(shí)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(yáng)極，經(jīng)電化學(xué)活化后在電沉積液中進(jìn)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(qiáng)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(guò)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(wú)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(yáng)極，在 0. 2 0. 5A/dm2的電流密度下進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)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(yáng)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(shí)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(qiáng)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?yàn)榧冧X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?yàn)殡姵练e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(huì)發(fā)生電偶腐蝕，即使鋁膜被損壞也不會(huì)加速基體的腐蝕；此外，還因?yàn)殡姵练e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(qiáng)、耐溫性好；第四， 因?yàn)殇X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(huì)低于基體合金鋁膜的耐蝕性。本發(fā)明通過(guò)在TB2顆粒增強(qiáng)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(jìn)行一系列的相關(guān)后處理操作(如陽(yáng)極氧化)，此時(shí)相當(dāng)于在純鋁上操作，這將彌補(bǔ)鋁基復(fù)合材料其他表面處理的一些不足，如彌補(bǔ)顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料陽(yáng)極氧化膜連續(xù)性差的不足，彌補(bǔ)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(qiáng)鋁基復(fù)合材料表面制備鋁膜的方法，簡(jiǎn)單易行，適應(yīng)性強(qiáng)。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(shí)因?yàn)殇X膜是在復(fù)合材料表面形核、生長(zhǎng)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(qiáng)、耐溫性好和不會(huì)發(fā)生電偶腐蝕。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。實(shí)施例11)鋁基復(fù)合材料和純鋁分別依次經(jīng)過(guò)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(wú)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(wú)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(yáng)極，在0. 3A/dm2的電流密度下進(jìn)行電化學(xué)活化，反應(yīng)時(shí)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(yáng)極，在0. 7A/dm2，130°C下對(duì)復(fù)合材料進(jìn)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(jìn)行電化學(xué)實(shí)驗(yàn)，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(jí)，降低到10_6A/Cm2數(shù)量級(jí)。實(shí)施例21)鋁基復(fù)合材料和純鋁分別依次經(jīng)過(guò)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(wú)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(wú)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(yáng)極，在0. 4A/dm2的電流密度下進(jìn)行電化學(xué)活化，反應(yīng)時(shí)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(yáng)極，在1. 2A/dm2，130°C下對(duì)復(fù)合材料進(jìn)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(jìn)行電化學(xué)實(shí)驗(yàn)，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(jí)，降低到1(T7A/Cm2數(shù)量級(jí)。實(shí)施例31)鋁基復(fù)合材料和純鋁分別依次經(jīng)過(guò)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(wú)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(wú)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(yáng)極，在0. 5A/dm2的電流密度下進(jìn)行電化學(xué)活化，反應(yīng)時(shí)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(yáng)極，在1. 5A/dm2，130°C下對(duì)復(fù)合材料進(jìn)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(jìn)行電化學(xué)實(shí)驗(yàn)，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(jí)，降低到1(T7A/Cm2數(shù)量級(jí)。
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(yáng)極，經(jīng)電化學(xué)活化后在電沉積液中進(jìn)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(qiáng)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(guò)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(guò)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(wú)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(yáng)極，在0. 2 0. 5A/ dm2的電流密度下進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)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(yáng)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(shí)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(yáng)極，經(jīng)電化學(xué)活化后在電沉積液中進(jìn)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(hù)膜的防腐效果不如基體金屬表面保護(hù)膜的缺點(diǎn)，彌補(bǔ)了陽(yáng)極氧化不能在鋁基復(fù)合材料表面形成連續(xù)保護(hù)膜的不足，彌補(bǔ)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(hào)C25D3/66GK102191519SQ201110108118
公開(kāi)日2011年9月21日 申請(qǐng)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(qǐng)人:上海交通大學(xué)