鋁合金微弧氧化膜原位生長層狀雙金屬氫氧化物的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種在鋁合金表面生成耐蝕膜的方法，具體地說是一種鋁合金微 弧氧化膜原位生長層狀雙金屬氫氧化物的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 微弧氧化技術(shù)是近年來快速發(fā)展的一種金屬表面處理工藝，該技術(shù)可在鋁、鎂、鈦 等閥金屬表面通過原位生長得到具有優(yōu)異耐磨性、絕緣性的微弧氧化膜層，且該膜層與基 體之間具有較強(qiáng)的結(jié)合力，因此作為耐磨、電防護(hù)、生物功能性涂層得到廣泛應(yīng)用。微弧氧 化膜層是在金屬表面通過反復(fù)擊穿-氧化-熔融-淬冷過程獲得，因此在膜層內(nèi)部存在大 量放電微孔及微裂紋，影響微弧氧化膜層在腐蝕環(huán)境下的應(yīng)用。
[0003] 層狀雙金屬氫氧化物又稱水滑石類化合物是一種非常有應(yīng)用價值的無機(jī)材料，其 結(jié)構(gòu)為[C'M'310i0:r (廣）' :，其中 M2+為 Ni 2+、Mg' Zn2+、Co' Cu2+等二價金 屬陽離子，M3+為Al 3+、Cr3+、Fe' Se3+等三價金屬陽離子，A n為CO 32、NO3、Cl、SO42等陰離 子。這些特殊的結(jié)構(gòu)使此類材料具有許多獨特的性質(zhì)，通過對水滑石制備工藝進(jìn)行調(diào)控，可 制備出具有不同用途和性能的水滑石功能材料，在催化、吸附、醫(yī)藥、防腐等領(lǐng)域具有極大 的應(yīng)用潛力。水熱法是合成層狀雙金屬氫氧化物的常用方法，通過高溫高壓可以有效控制 晶相及晶粒尺寸。該方法以含有構(gòu)成水滑石層板的金屬離子穩(wěn)定氧化物或氫氧化物，如 A1203、MgO、Mg (OH) 2、Al (OH) 3等，與混合堿溶液一起在高溫高壓下進(jìn)行水熱處理，由金屬 氧化物和氫氧化物進(jìn)行原子重排得到水滑石。因此，水熱合成水滑石的關(guān)鍵在于構(gòu)成水滑 石層板的金屬離子穩(wěn)定氧化物或氫氧化物以及溶液的PH值。鋁合金微弧氧化膜層主要成 分為Al2O3，其含量的高低直接影響層狀雙金屬氫氧化物的生長，同時微弧氧化膜的結(jié)構(gòu)特 征對層狀雙金屬氫氧化物的生長影響顯著。
[0004] 目前關(guān)于鋁合金微弧氧化-層狀雙金屬氫氧化物復(fù)合膜層的制備方法的相關(guān)報 道非常有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種能對膜層缺陷進(jìn)行有效封閉，提高微弧氧化膜層的耐 腐蝕性能的鋁合金微弧氧化膜原位生長層狀雙金屬氫氧化物的方法。
[0006] 本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：
[0007] 將鋁合金置于電解液中作為陽極，以石墨板作為陰極，進(jìn)行微弧氧化處理，得到表 面生長微弧氧化膜層的鋁合金；所述電解液組成包括5g/L~10g/L氫氧化鈉、5g/L~20g/ L偏鋁酸鈉，所述微弧氧化處理的脈沖電流密度為10A/dm2~30A/dm2,所生成的微弧氧化膜 層的厚度在10~100 μπκ面粗糙度在1. 5~5 μπι;
[0008] 將所述表面生長微弧氧化膜層的鋁合金置于混合溶液進(jìn)行反應(yīng)，所述混合溶液為 按硝酸金屬鹽與硝酸銨物質(zhì)的量比為1 :6配制的混合溶液，混合溶液的pH值為7~11，其 中硝酸金屬鹽的濃度為〇· Olmol/L~0· 2mol/L〇
[0009] 本發(fā)明還可以包括：
[0010] 1、所述反應(yīng)在室溫至100°c的水浴鍋加熱條件下進(jìn)行，反應(yīng)時間為6~96小時。
[0011] 2、所述反應(yīng)在密閉反應(yīng)器中、由烘箱加熱至KKTC~200°C的條件下進(jìn)行，反應(yīng)時 間為1~48小時。
[0012] 本發(fā)明通過調(diào)節(jié)微弧氧化電解液組成、脈沖電源參數(shù)，控制微弧氧化膜層組成及 結(jié)構(gòu)特征，獲得利于層狀雙金屬氫氧化物沉積的基底膜層，本發(fā)明的方法對于微弧氧化膜 層缺陷的有效修復(fù)、改善膜層耐腐蝕性能具有十分重要的意義。
[0013] 本發(fā)明的主要特征體現(xiàn)在：
[0014] (1)微弧氧化電解液組成：5g/L~10g/L氫氧化鈉和5g/L~20g/L偏鋁酸鈉，高 濃度氫氧化鈉可對鋁合金進(jìn)行刻蝕，有利于得到表面粗糙度較高的微弧氧化膜，高濃度偏 鋁酸鈉可保證膜層Al2O3含量及純度，有利于層狀雙金屬氫氧化物在其表面均勻生長。
[0015] (2)調(diào)節(jié)控制脈沖電源電流密度：10A/dm2~30A/dm2,控制膜層的厚度在10~ 100 μL?范圍內(nèi)，表面粗糙度在1. 5~5 μL?范圍內(nèi)，在此工藝條件下得到的高粗糙度微弧氧 化膜更利于層狀雙金屬氫氧化物在其表面的交錯生長，在腐蝕性環(huán)境下，所得層狀雙金屬 氫氧化物易于形成"迷宮效應(yīng)"阻礙侵蝕性離子滲透，實現(xiàn)對微弧氧化膜層耐腐蝕性能改 善。
[0016] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明通過調(diào)節(jié)微弧氧化電解液組成、脈沖電源參數(shù)，控制微 弧氧化膜層組成及結(jié)構(gòu)特征，獲得利于層狀雙金屬氫氧化物沉積的基底膜層；通過控制層 狀雙金屬氫氧化物制備液組成、水熱合成反應(yīng)溫度及時間、干燥溫度及時間等參數(shù)，制備微 弧氧化-層狀雙金屬氫氧化物復(fù)合膜層，實現(xiàn)對微弧氧化膜層缺陷的有效修復(fù)，改善微弧 氧化膜層耐腐蝕性能。
【附圖說明】
[0017] 圖1采用不同水熱反應(yīng)溫度在鋁合金表面制備微弧氧化-層狀雙金屬氫氧化物復(fù) 合膜層的動電位極化曲線（實驗采用的腐蝕介質(zhì)為3. 5% NaCl溶液）。
[0018] 圖2采用不同水熱反應(yīng)時間在鋁合金表面制備微弧氧化-層狀雙金屬氫氧化物復(fù) 合膜層的動電位極化曲線（實驗采用的腐蝕介質(zhì)為3. 5% NaCl溶液）。
【具體實施方式】
[0019] 下面舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)的描述。
[0020] 實施例1 :
[0021] 選用硝酸鎳在鋁合金微弧氧化膜表面生成層狀雙金屬氫氧化物，實現(xiàn)對微弧氧化 膜層缺陷的修復(fù)。
[0022] ①鋁合金微弧氧化膜層的制備：首先鋁合金表面經(jīng)150#、400#、1000#、2000#碳化 硅砂紙打磨，丙酮和去離子水處理；選擇微弧氧化電解液組成：8g/L氫氧化鈉、10g/L偏鋁 酸鈉，脈沖電源電流密度：15A/dm2,膜層厚度：30 μ m范圍內(nèi)，表面粗糙度：3. 2 μ m ;
[0023] ②層狀雙金屬氫氧化物制備液的配制：硝酸鎳濃度為0. 03mol/L、硝酸銨濃度為 0. 18mol/L，采用氨水調(diào)節(jié)混合溶液的pH值為9 ;
[0024] ③微弧氧化-層狀雙金屬氫氧化物復(fù)合膜層的制備：將步驟1得到的表面帶有微 弧氧化膜的鋁合金與步驟2得到的混合溶液置于密閉反應(yīng)器中，然后分別在40°C、8(TC、 180°C條件下反應(yīng)6h，在80°C條件下分別反應(yīng)111、1211、4811，再將鋁合金取出，乙醇清洗后， 得到鋁合金微弧氧化-層狀雙金屬氫氧化物復(fù)合膜層。
[0025] 圖1的動電位極化曲線表明，隨水熱反應(yīng)溫度增加，鋁合金微弧氧化膜層陽極極 和陰極反應(yīng)過程同時受到抑制，腐蝕電流降低，說明通過水熱合成反應(yīng)實現(xiàn)了對鋁合金微 弧氧化膜層缺陷位置的修復(fù)，且水熱反應(yīng)溫度對修復(fù)效果影響較大。可見采用水熱合成反 應(yīng)方法制備鋁合金微弧氧化-水滑石復(fù)合膜層可實現(xiàn)微弧氧化膜層缺陷修復(fù)，水熱反應(yīng)溫 度應(yīng)控制在80°C~180°C較為合適。
[0026] 圖2的動電位極化曲線表明，隨水熱反應(yīng)時間增加，鋁合金微弧氧化膜層陽極極 和陰極反應(yīng)過程同時受到抑制，腐蝕電流降低，說明隨反應(yīng)時間的增加，鋁合金微弧氧化膜 層缺陷位置的修復(fù)效果增強(qiáng)，水熱反應(yīng)時間應(yīng)控制在12h~48h較為合適。
[0027] 實施例2 :
[0028] 與實施例1不同之處在于：
[0029] 選用硝酸鎂在鋁合金微弧氧化膜表面生成層狀雙金屬氫氧化物，實現(xiàn)對微弧氧化 膜層的修復(fù)。
[0030] ①鋁合金微弧氧化膜層的制備：首先鋁合金表面經(jīng)150#、400#、1000#、2000#碳化 硅砂紙打磨，丙酮和去離子水處理；選擇微弧氧化電解液組成：8g/L氫氧化鈉、10g/L偏鋁 酸鈉，脈沖電源電流密度：15A/dm2,膜層厚度：30 μ m范圍內(nèi)，表面粗糙度：3. 2 μ m ;
[0031] ②層狀雙金屬氫氧化物制備液的配制：硝酸鎂濃度為0. 02mol/L、硝酸銨濃度為 0. 12mol/L，采用氨水調(diào)節(jié)混合溶液的pH值為9 ;
[0032] ③微弧氧化-層狀雙金屬氫氧化物復(fù)合膜層的制備：將步驟1得到的表面帶有微 弧氧化膜的鋁合金與步驟2得到的混合溶液置于密閉反應(yīng)器中，然后在溫度為40°C、80°C、 180°C條件反應(yīng)6h，在80°C條件下分別反應(yīng)111、1211、4811，再將鋁合金取出，乙醇清洗后在， 得到鋁合金微弧氧化-層狀雙金屬氫氧化物復(fù)合膜層。
[0033] 實驗結(jié)果：隨水熱反應(yīng)溫度增加，鋁合金微弧氧化膜層陽極極和陰極反應(yīng)過程同 時受到抑制，腐蝕電流降低，且隨水熱反應(yīng)時間增加，鋁合金微弧氧化膜層陽極極和陰極反 應(yīng)過程同樣受到抑制，腐蝕電流降低，這說明通過水熱合成反應(yīng)可制備得到微弧氧化-層 狀雙金屬氫氧化物復(fù)合膜層，實現(xiàn)對鋁合金微弧氧化膜層缺陷位置的修復(fù)。
【主權(quán)項】
1. 一種鋁合金微弧氧化膜原位生長層狀雙金屬氫氧化物的方法，其特征是：將鋁合金 置于電解液中作為陽極，以石墨板作為陰極，進(jìn)行微弧氧化處理，得到表面生長微弧氧化膜 層的鋁合金；所述電解液組成包括5g/L~10g/L氫氧化鈉、5g/L~20g/L偏鋁酸鈉，所述 微弧氧化處理的脈沖電流密度為l〇A/dm 2~30A/dm2,所生成的微弧氧化膜層的厚度在10~ 100 y m、面粗糙度在1. 5~5 y m ; 將所述表面生長微弧氧化膜層的鋁合金置于混合溶液進(jìn)行反應(yīng)，所述混合溶液為按硝 酸金屬鹽與硝酸銨物質(zhì)的量比為1 :6配制的混合溶液，混合溶液的pH值為7~11，其中硝 酸金屬鹽的濃度為〇? 〇lmol/L~0? 2mol/L〇2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金微弧氧化膜原位生長層狀雙金屬氫氧化物的方法，其 特征是：所述反應(yīng)在室溫至l〇〇°C的水浴鍋加熱條件下進(jìn)行，反應(yīng)時間為6~96小時。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金微弧氧化膜原位生長層狀雙金屬氫氧化物的方法，其 特征是：所述反應(yīng)在密閉反應(yīng)器中、由烘箱加熱至100°C~200°C的條件下進(jìn)行，反應(yīng)時間 為1~48小時。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋁合金微弧氧化膜原位生長層狀雙金屬氫氧化物的方法，其 特征是：反應(yīng)溫度控制在80°C~180°C。5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的鋁合金微弧氧化膜原位生長層狀雙金屬氫氧化物的方 法，其特征是：反應(yīng)時間控制在12~48小時。
【專利摘要】本發(fā)明提供的是一種鋁合金微弧氧化膜原位生長層狀雙金屬氫氧化物的方法。對鋁合金進(jìn)行微弧氧化處理，得到表面生長微弧氧化膜層的鋁合金；電解液組成包括5g/L～10g/L氫氧化鈉、5g/L～20g/L偏鋁酸鈉，微弧氧化處理的脈沖電流密度為10A/dm2～30A/dm2；將表面生長微弧氧化膜層的鋁合金置于硝酸金屬鹽與硝酸銨物質(zhì)的量比為1：6的混合溶液中進(jìn)行反應(yīng)。本發(fā)明通過調(diào)節(jié)微弧氧化電解液組成、脈沖電源參數(shù)，控制微弧氧化膜層組成及結(jié)構(gòu)特征，獲得利于層狀雙金屬氫氧化物沉積的基底膜層；實現(xiàn)對微弧氧化膜層缺陷的有效修復(fù)，改善微弧氧化膜層耐腐蝕性能。
【IPC分類】C25D11/06
【公開號】CN105018999
【申請?zhí)枴緾N201510400290
【發(fā)明人】王艷秋, 竇寶捷, 邵亞薇, 孟國哲, 張濤, 劉斌
【申請人】哈爾濱工程大學(xué)
【公開日】2015年11月4日
【申請日】2015年7月9日