铝合金摩擦零件表面制备高耐磨自润滑复合氧化膜的方法

摘要

本发明属于材料技术领域，特别涉及一种铝合金摩擦零件表面制备高耐磨自润滑复合氧化膜的方法，先配制阳极氧化用复合电解液，铝合金表面经打磨、脱脂、碱蚀、除灰、化学抛光预处理，复合阳极氧化处理制备出氧化膜，检测硬度，若样品未达到所需硬度，则进行复合氧化膜的热处理。本发明设计出了三酸组成的氧化液体系，利用脉冲电流氧化的特点，形成生长快、硬度高、高耐磨性且具有高强韧性的氧化膜；经过对氧化膜的热处理使复合氧化膜具有更高的耐磨性能和良好的自润滑性能，适应于缝制、食品、纺织、汽车等行业不同摩擦工况（高速轻载、低速重载）无油或者少油润滑摩擦零件的制备。

主权项

一种铝合金摩擦零件表面制备高耐磨自润滑复合氧化膜的方法，其特征在于包括以下步骤：（1）配制阳极氧化用复合电解液按以下步骤进行：（a）在氧化槽中倒入去离子水，将硫酸缓慢加入水中并不断搅拌形成硫酸溶液，再将酸性溶液加入硫酸溶液中搅拌使之充分溶解，然后将乙酸钠加入搅拌，将硫酸铝先倒入装有去离子水的烧杯中加热溶解后再加入电解液中，将甘油和表面活性剂加入到电解液中搅拌10~30min；其中，加入的酸性溶液、乙酸钠、硫酸铝、表面活性剂与硫酸的质量比为（3~25）：（5~10）：（3~5）：（0~1）：（150~250），甘油的体积与硫酸的质量比为（0~10）ml：(150~250)g；（b）复合颗粒的预处理：配制复合表面活性剂溶液，其中十二烷基苯磺酸钠A.B.S的浓度为0.6g/L，烷基酚聚氧乙烯醚OP‑10的浓度为0.4g/L；然后将纳米Al₂O₃或者SiC粉体倒入配制的复合表面活性剂溶液中，磁力搅拌器搅拌分散20~30min，使得复合表面活性剂溶液中纳米Al₂O₃的浓度为0~60g/L或SiC粉体的浓度为0~120g/L；再将上述溶液倒入体积分数为60%的PTFE乳液中利用磁力搅拌器搅拌1~2h，60%PTFE乳液与复合表面活性剂溶液的体积比为15~21：100；颗粒经复合表面活性剂溶液改性后表面带负电荷；所述的酸性溶液为草酸和磺基水杨酸或草酸和氨基磺酸，草酸与磺基水杨酸的质量比为(3~15)：(0~10)，草酸与氨基磺酸的质量比为(3~15)：(0~5)；（c）将步骤（b）的混合溶液倒入步骤（a）的混合溶液中，加入去离子水定容至所需体积，机械搅拌1~2h，使之充分混合均匀形成阳极氧化用复合电解液，使得复合电解液中复合表面活性剂溶液的浓度为100ml/L，各组分浓度为硫酸H₂SO₄150~250g/L，甘油C₃H₈O₃0~10ml/L，表面活性剂C₁₂H₂₅C₆H₄NaO₃S0~1g/L，乙酸钠CH₃COONa5~10 g/L，硫酸铝Al₂(SO₄)₃3~5 g/L；（2）铝合金表面预处理：a、选择2024铝合金或LC4铝合金利用机械加工、打磨方法使铝合金表面光亮无明显裂纹、划伤等缺陷；b、脱脂：将铝合金放进15%的硫酸溶液中常温处理3~5分钟，水洗干净；c、碱蚀：将脱脂后的铝合金放进5%氢氧化钠溶液中，50~70℃处理时间为0.5~3分钟，水洗干净；d、除灰：将碱蚀后的铝合金放入10~25%的硝酸溶液中常温处理3~5分钟，水洗干净；e、化学抛光：将除灰后的铝合金放入由体积百分比为78%磷酸、16%硫酸和6%硝酸组成的三酸中50~110℃处理0.5~1分钟，水洗干净待用；（3）复合阳极氧化处理：将预处理后的铝合金挂在氧化槽中，氧化槽中装有步骤（1）配制的阳极氧化用复合电解液，连接电源阳极，阴极为铅板，阳极铝合金面积与阴极铅板面积比为1：1；阳极氧化电源电流波形为单脉冲，阳极氧化工艺参数为：氧化温度‑2~2℃，氧化时间30~50分钟，电流密度1~3A/dm²，恒流控制氧化；电压慢升时间为4分钟；单脉冲占空比为80%；制备出氧化膜；（4）检测硬度，若样品未达到所需硬度，则进行复合氧化膜的热处理：将氧化后的铝合金表面机械磨光，清洗干净后，放入热处理炉中，升温速度为2.5℃/min，样品随炉加热，在惰性气氛保护下在150~250℃热处理1h，进一步提高膜的硬度，随炉冷却到120℃关闭保护气体后出炉，制备出铝合金表面高耐磨自润滑复合阳极氧化膜。