CN108914184B - 一种低能耗铝合金微弧氧化膜层制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低能耗的铝合金微弧氧化膜层制备方法，制备过程包括前处理、阳极氧化处理、电解沉积和微弧氧化处理四部分。前处理即是对铝合金进行打磨、抛光、清洗、碱蚀、酸洗、清洗并吹干。前处理后的样品，再经过直流阳极氧化和交流电解沉积，形成带有纳米金属颗粒的阳极氧化膜，最后将样品在含有高锰酸钾添加剂的电解液中进行微弧氧化处理，可以在铝合金样品表面制备出厚度均匀、硬度高、具有优良耐蚀性的微弧氧化膜层。本方法不仅可以改善微弧氧化膜层性能，而且能够有效地提升微弧氧化膜层的生长速率，降低微弧氧化过程中所消耗的能量，降低单位能耗。此外，本方法采用的电解液成分简单，配制方便，对人体和环境危害小。

Description

一种低能耗铝合金微弧氧化膜层制备方法
技术领域
本发明属于铝合金的表面处理领域，具体涉及一种低能耗铝合金微弧氧化膜层制备方法。
背景技术
微弧氧化技术是一种在阳极氧化技术基础上发展而来的金属材料表面陶瓷化技术。采用适当的微弧氧化工艺可以在铝合金表面制备一层具有良好耐蚀性和耐磨性、较高硬度和电绝缘性的陶瓷层。与传统的阳极氧化、化学转化等表面技术制备的膜层相比，微弧氧化膜层的各项性能明显提高，且具有工艺简单，易于操作等优点，在汽车、船舶、电工电子、航空航天、机械等行业应用前景广阔。
微弧氧化技术虽然有很多优点，但是也有其技术自身的不足，其中高能耗是最重要的缺点。由于微弧氧化技术是在高电压、高电流密度下进行的金属表面处理技术，其单位能耗相对较高，提高了生产成本。而且将该技术应用于大面积金属材料表面处理时，由于高能耗导致对微弧氧化电源的功率和稳定性提出了很高的要求。此外，由于微弧氧化反应时部分电能转化为热能，释放出大量的热量，为保证微弧氧化工艺的稳定性，需要大功率的制冷散热设备，这无疑又加大了设备投入成本，并提高了生产成本。微弧氧化过程中的高能耗问题严重阻碍了其工业化应用进程，因而实现微弧氧化膜层的低能耗制备是该技术进一步扩大工业化应用的关键所在。
目前，人们在不同金属基体上对于低能耗微弧氧化技术开展了一些研究。哈尔滨工业大学王晓波（王晓波. 低能耗镁合金微弧氧化电解液设计及添加剂作用机制研究[D].哈尔滨工业大学, 2012.）在镁合金的微弧氧化研究过程中，对微弧氧化电解液的成分进行设计，开发出一种低能耗的微弧氧化电解液配方，通过在电解液中引入NaF、Na2CO3、(NaPO3)6添加剂降低了镁合金微弧氧化的单位能耗。但是其电解液成分复杂，添加剂种类多，导致电解液配制繁琐，且增加了生产成本。燕山大学沈德久等人（Shen Dejiu, ZouJie, Wu Lailei, et al. Effect of high temperature oxidation prefab film onformation of micro-arc oxidation coatings on 6061aluminum alloy[J]. AppliedSurface Science, 2013, 265(265): 431-437.）通过500℃高温氧化处理100h，在6061铝合金表面制备高温氧化膜层，研究其对微弧氧化过程和膜层的影响。结果表明，高温氧化膜可以降低起弧电压和缩短起弧时间，改变了微弧氧化膜层生长过程，从而提高了膜层生长速率，并改善了微弧氧化膜层表面形貌。但是，在500℃高温氧化100h消耗了大量能量，而且高温氧化膜的厚度均匀性较差。华南理工大学董文潇（董文潇. ZL104化学转化-微弧氧化复合工艺的研究[D]. 华南理工大学, 2015.）通过将化学转化技术和微弧氧化技术相结合，探索ZL104铝合金的低能耗微弧氧化制备工艺，发现化学钝化膜能够减弱ZL104铝合金中硅元素在微弧氧化前期产生的不利影响，并能够缩短起弧时间，降低微弧氧化过程中的工作电压，从而降低微弧氧化过程的能耗。但是由于化学转化处理需要在含有Cr6+离子的溶液中进行，六价铬是一种强致癌物质，严重危害自然环境和人体健康。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低能耗铝合金微弧氧化膜层的制备方法，本发明工艺操作方便，膜层生长速率快，单位能耗低，电解液成分简单，对环境污染小，所制备的微弧氧化膜层具有优良的耐腐蚀性和高硬度。
一种低能耗铝合金微弧氧化制备方法，包括如下步骤：
（1）前处理：对铝合金样品进行打磨抛光，然后进行清洗、碱蚀和酸洗，接着清洗、吹干备用。具体步骤为：将样品分别在400#、800#、1000#、1200#、1500#、2000#的砂纸上逐级打磨，然后采用0.5μm氧化铝抛光粉进行机械抛光处理，采用无水乙醇和去离子水对抛光后的样品进行清洗。接着，样品在10g/L氢氧化钠溶液中室温浸泡30~120s，去除自然氧化膜和油脂，浸泡后用去离子水冲洗。采用硫酸（100-150g/L）和硝酸（50-100g/L）的混合溶液对样品进行室温浸泡60~180s，去除样品表面挂灰和中和残留碱液，处理完成后用去离子水冲洗样品，随后吹干备用。
（2）阳极氧化处理：将经过前处理的样品在硫酸和硼酸混合溶液中进行阳极氧化处理。阳极氧化电解液的成分为100~180g/L的硫酸和5~10g/L的硼酸。阳极氧化处理时，以经过前处理的样品作为阳极，不锈钢片作为阴极。工艺参数为：直流恒压模式，电压为10~20V，处理时间为5~30min，电解液温度为20±1℃，并持续搅拌。
（3）电解沉积：以经过阳极氧化处理的样品作为工作电极，以不锈钢片作为对电极，在两个电极之间施加频率为50Hz、电压为5~15V的交流电，在特定的酸性金属盐溶液中进行电解沉积，电解液温度为20~25℃，处理时间为5~15min，并持续搅拌。交流电解沉积所用电解液由金属盐3~30g/L，硫酸5~15g/L和去离子水组成。金属盐可以为硫酸铜、硝酸银、硫酸亚锡、硫酸镍、硫酸钴中的任意一种。
（4）微弧氧化处理：以经过电解沉积后的样品作为阳极，以不锈钢片作为阴极，阴极和阳极的面积比应不小于3:1。微弧氧化电解液由硅酸钠5~30g/L，磷酸钠5~30g/L，氢氧化钠0.5~6g/L，高锰酸钾0.5~5g/L和去离子水组成。采用双脉冲微弧氧化电源对样品进行微弧氧化处理，工艺参数为：恒流模式，电流密度5~12A/dm2，频率300~800Hz，占空比20%~60%，正负脉冲比(3~9):1，处理时间15~20min，电解液温度维持在45℃以下。处理结束后，将样品取出用去离子水冲洗，随后干燥。
经过上述步骤处理后，可在铝合金样品表面以较低的单位能耗获得厚度均匀且性能优良的微弧氧化膜层。
本发明适用于1XXX系（纯铝）、5XXX系（Al-Mg系）、6XXX系（Al-Mg-Si系）等铝合金，这些系列的铝合金能够进行阳极氧化处理，而且具有良好的加工成型性能和力学性能，在工业领域应用广泛。
本发明限定的工艺步骤、工艺参数和溶液组成是在大量实验数据的基础上获得的。通过阳极氧化处理在铝合金样品表面生成一层厚度为5~28μm的阳极氧化膜层，这层阳极氧化膜在后续的微弧氧化处理过程中会转化成为微弧氧化膜层，减少了生成微弧氧化膜层所需的能量，同时这层阳极氧化膜会有效地缩短微弧产生的时间，使微弧氧化反应能够更迅速地进行。本发明还通过电解沉积的方法，在阳极氧化膜层中沉积导电性良好的纳米金属颗粒，有效降低了阳极氧化膜层的阻抗值，从而降低了微弧氧化过程中该膜层击穿所需的电压值，进一步降低微弧氧化过程中的能耗。此外，本发明在硅酸钠-磷酸钠体系的微弧氧化电解液中添加适量高锰酸钾，可以明显降低微弧氧化的起弧电压和工作电压。而且，高锰酸钾作为一种强氧化剂，能够参与铝基底的氧化反应，进一步促进了微弧氧化膜层的生成，提高了微弧氧化膜层的生长速率，降低单位能耗。
本发明的显著优点在于：
1. 本发明在铝合金表面所制备的微弧氧化膜层生长速率快，单位能耗低，与传统微弧氧化技术相比较，本发明的单位能耗降低可达30%以上。
2. 本发明在铝合金表面所制备的微弧氧化膜层耐腐蚀性能良好，硬度高，与铝合金基底结合牢固。
3. 本发明工艺操作方便，采用的电解液成分简单，配制方便，原料来源丰富，对人体和环境危害小。
附图说明
图1为不同对比例和实施例制备的微弧氧化样品的截面形貌图：（a）对比例1；（b）实施例1；（c）实施例2；（d）实施例3。
具体实施方式
下面结合对比例和实施例对本发明做进一步的阐述，但不是对本发明的限定。
微弧氧化膜层的厚度测量方法为，通过对样品横截面形貌进行观察并随机测量30个位置的膜层厚度，计算其平均值。采用显微维氏硬度计测量微弧氧化后样品的膜层硬度。微弧氧化后样品的耐腐蚀性能测试方法为，将样品在3.5wt%的NaCl溶液中进行极化曲线测试，溶液温度25℃，扫描速率5mV/s，可获得自腐蚀电流密度icorr和极化电阻Rp，icorr越小，Rp越大，说明材料耐腐蚀性能越好。
微弧氧化能耗计算所用公式为：
其中，ρ为生成单位体积微弧氧化膜层的能耗（kw·h/(m2·μm））；I为有效电流（A），其值等于峰值电流I0与占空比的乘积；s为样品表面积（cm2）；d为膜层厚度（μm）。
对比例1
前处理：将6061铝合金样品依次采用400#、800#、1000#、1200#、1500#、2000#的砂纸逐级打磨，采用0.5μm氧化铝抛光粉进行机械抛光处理。然后，样品在无水乙醇中进行超声清洗5min，取出后用去离子水冲洗。接着，样品在10g/L氢氧化钠溶液中浸泡80s，取出样品后用去离子水冲洗。然后，采用130g/L硫酸和90g/L硝酸的混合溶液浸泡样品130s，取出样品后用去离子水冲洗并吹干备用。
微弧氧化处理：将经过前处理的6061铝合金样品置于配制好的电解液中，微弧氧化电解液成分为10g/L硅酸钠、30g/L磷酸钠、2g/L氢氧化钠和去离子水。以样品作为阳极，以不锈钢片作为阴极，阴极和阳极的面积比为4:1，进行微弧氧化处理。工艺参数为：恒流模式，电流密度10A/dm2，频率500Hz，占空比40%，正负脉冲比3:1，处理时间为20min，微弧氧化处理时采用低温水浴控制电解液温度在45℃以下。
最后，将微弧氧化处理后的样品取出，用去离子水冲洗干净，吹干后对样品进行相关测量。该微弧氧化膜层的平均厚度为17.0μm，生长速率为0.85μm/min，单位能耗为3.09kw·h/(m2·μm)，硬度为1081HV，自腐蚀电流密度icorr为7.86×10-8A/cm2，极化电阻Rp为4.85×105Ω/cm2。
实施例1
前处理：将6061铝合金样品依次采用400#、800#、1000#、1200#、1500#、2000#的砂纸逐级打磨，采用0.5μm氧化铝抛光粉进行机械抛光处理。然后，样品在无水乙醇中进行超声清洗5min，取出后用去离子水冲洗。接着，样品在10g/L氢氧化钠溶液中浸泡120s，取出样品后用去离子水冲洗。然后，采用150g/L硫酸和50g/L硝酸的混合溶液浸泡样品100s，取出样品后用去离子水冲洗并吹干备用。
阳极氧化处理：将经过前处理的6061铝合金样品作为阳极，以不锈钢片作为阴极，在浓度为150g/L硫酸和10g/L硼酸的混合溶液中进行阳极氧化处理，施加电压15V，处理时间为30min，处理过程中采用低温水浴将电解液温度控制在20±1℃，并持续搅拌。
电解沉积：将经过阳极氧化处理的样品作为工作电极，以不锈钢片作为对电极，在两电极之间施加50Hz的15V交流电，在30g/L硫酸铜和10g/L硫酸组成的电解液中室温下进行电解沉积5min，电解液温度20℃，电解沉积过程中采用机械搅拌的方式保证溶液成分均匀。
微弧氧化处理：以经过电解沉积后的样品作为阳极，以不锈钢片作为阴极，阴极和阳极的面积比为4:1。微弧氧化电解液成分为10g/L硅酸钠、30g/L磷酸钠、2g/L氢氧化钠、2.5g/L高锰酸钾和去离子水。工艺参数为：恒流模式，电流密度10A/dm2，频率500Hz，占空比40%，正负脉冲比3:1，处理时间20min，微弧氧化处理时采用低温水浴控制电解液温度在45℃以下。
最后，将微弧氧化处理后的样品取出，用去离子水冲洗干净，吹干后对样品进行相关测量。微弧氧化膜层的平均厚度可达36.6μm，生长速率为1.83μm/min，单位能耗为1.49kw·h/(m2·μm)，硬度为1520HV，自腐蚀电流密度icorr为2.50×10-9A/cm2，极化电阻Rp为1.37×107Ω/cm2。
实施例2
前处理：将6061铝合金样品依次采用400#、800#、1000#、1200#、1500#、2000#的砂纸逐级打磨，采用0.5μm氧化铝抛光粉进行机械抛光处理。然后，样品在无水乙醇中进行超声清洗5min，取出后用去离子水冲洗。接着，样品在10g/L氢氧化钠溶液中浸泡60s，取出样品后用去离子水冲洗。然后，采用100g/L硫酸和100g/L硝酸的混合溶液浸泡样品60s，取出样品后用去离子水冲洗并吹干备用。
阳极氧化处理：将经过前处理的6061铝合金样品作为阳极，以不锈钢片作为阴极，在浓度为135g/L硫酸和8g/L硼酸的混合溶液中进行阳极氧化处理，施加电压10V，处理时间为5min，处理过程中采用低温水浴将电解液温度控制在20±1℃。
电解沉积：将经过阳极氧化处理的样品作为工作电极，以不锈钢片作为对电极，在两电极之间施加50Hz的5V交流电，在3g/L硝酸银和15g/L硫酸组成的电解液中室温下进行电解沉积15min，电解液温度22℃，电解沉积过程中采用机械搅拌的方式保证溶液成分均匀。
微弧氧化处理：以经过电解沉积后的样品作为阳极，以不锈钢片作为阴极，阴极和阳极的面积比为6:1。微弧氧化电解液成分为30g/L硅酸钠、18g/L磷酸钠、6g/L氢氧化钠、2g/L高锰酸钾和去离子水。工艺参数为：恒流模式，电流密度5A/dm2，频率800Hz，占空比60%，正负脉冲比3:1，处理时间20min，微弧氧化处理时采用低温水浴控制电解液温度在45℃以下。
最后，将微弧氧化处理后的样品取出，用去离子水冲洗干净，吹干后对样品进行相关测量。微弧氧化膜层的平均厚度可达29.6μm，生长速率为1.48μm/min，单位能耗为1.79kw·h/(m2·μm)，硬度为1252HV，自腐蚀电流密度icorr为4.57×10-9A/cm2，极化电阻Rp为8.79×106Ω/cm2。
实施例3
前处理：将6061铝合金样品依次采用400#、800#、1000#、1200#、1500#、2000#的砂纸逐级打磨，采用0.5μm氧化铝抛光粉进行机械抛光处理。然后，样品在无水乙醇中进行超声清洗5min，取出后用去离子水冲洗。接着，样品在10g/L氢氧化钠溶液中浸泡30s，取出样品后用去离子水冲洗。然后，采用150g/L硫酸和60g/L硝酸的混合溶液浸泡样品180s，取出样品后用去离子水冲洗并吹干备用。
阳极氧化处理：将经过前处理的6061铝合金样品作为阳极，以不锈钢片作为阴极，在浓度为100g/L硫酸和5g/L硼酸的混合溶液中进行阳极氧化处理，施加电压20V，处理时间为18min，处理过程中采用低温水浴将电解液温度控制在20±1℃。
电解沉积：将经过阳极氧化处理的样品作为工作电极，以不锈钢片作为对电极，在两电极之间施加50Hz的15V交流电，在12g/L硝酸镍和10g/L硫酸组成的电解液中室温下进行电解沉积10min，电解液温度25℃，电解沉积过程中采用机械搅拌的方式保证溶液成分均匀。
微弧氧化处理：以经过电解沉积后的样品作为阳极，以不锈钢片作为阴极，阴极和阳极的面积比为10:1。微弧氧化电解液成分为5g/L硅酸钠、20g/L磷酸钠、0.5g/L氢氧化钠、5g/L高锰酸钾和去离子水。工艺参数为：恒流模式，电流密度12A/dm2，频率300Hz，占空比50%，正负脉冲比9:1，处理时间20min，微弧氧化处理时采用低温水浴控制电解液温度在45℃以下。
最后，将微弧氧化处理后的样品取出，用去离子水冲洗干净，吹干后对样品进行相关测量。微弧氧化膜层的平均厚度可达34.8μm，生长速率为1.74μm/min，单位能耗为1.65kw·h/(m2·μm)，硬度为1400HV，自腐蚀电流密度icorr为4.26×10-9A/cm2，极化电阻Rp为9.61×106Ω/cm2。
对比例2
前处理：将1060铝合金依次采用400#、800#、1000#、1200#、1500#、2000#的砂纸逐级打磨，采用0.5μm氧化铝抛光粉进行机械抛光处理。然后，样品在无水乙醇中进行超声清洗5min，取出后用去离子水冲洗。接着，样品在10g/L氢氧化钠溶液中浸泡样品50s，取出样品后用去离子水冲洗。采用100g/L硫酸和50g/L的硝酸溶液浸泡样品100s，取出样品后用去离子水冲洗并吹干备用。
微弧氧化处理：将经前处理的1060铝合金样品置于配制好的电解液中，微弧氧化电解液成分为25g/L硅酸钠、5g/L磷酸钠、4g/L氢氧化钠和去离子水。以样品作为阳极，以不锈钢片作为阴极，阴极和阳极的面积比为8:1。进行微弧氧化处理。工艺参数为：恒流模式，电流密度5A/dm2，占空比20%，正负脉冲比8:1，频率400Hz，处理时间18min，微弧氧化处理时采用低温水浴控制电解液温度在45℃以下。
最后，将微弧氧化处理后的样品取出，用去离子水冲洗干净，吹干后对样品进行相关测量。该微弧氧化膜层的平均厚度为13.7μm，生长速率为0.76μm/min，单位能耗为3.34kw·h/(m2·μm)，硬度为1295HV，自腐蚀电流密度icorr为2.87×10-8A/cm2，极化电阻Rp为8.40×105Ω/cm2。
实施例4
前处理：将1060铝合金依次采用400#、800#、1000#、1200#、1500#、2000#的砂纸逐级打磨，采用0.5μm氧化铝抛光粉进行机械抛光处理。然后，样品在无水乙醇中进行超声清洗5min，取出后用去离子水冲洗。接着，样品在10g/L氢氧化钠溶液中浸泡样品50s，取出样品后用去离子水冲洗。采用120g/L硫酸和60g/L的硝酸溶液浸泡样品70s，取出样品后用去离子水冲洗并吹干备用。
阳极氧化处理：将经过前处理的1060铝合金样品作为阳极，以不锈钢片作为阴极，在浓度为180g/L硫酸和5g/L硼酸的混合溶液中进行阳极氧化处理，施加电压15V，处理时间为20min，处理过程中采用低温水浴将电解液温度控制在20℃±1℃左右。
电解沉积：将经过阳极氧化处理的样品作为工作电极，以不锈钢片为对电极，在两电极之间施加50Hz的15V交流电，电解液成分为15g/L硫酸钴和12g/L硫酸组成的电解液中室温下进行电解沉积8min，电解液温度22℃，电解沉积过程中采用机械搅拌的方式保证溶液成分均匀。
微弧氧化处理：以经过电解沉积后的样品作为阳极，以不锈钢片作为阴极，阴极和阳极的面积比为8:1。微弧氧化电解液成分为25g/L硅酸钠、5g/L磷酸钠、4g/L氢氧化钠、0.5g/L高锰酸钾和去离子水。工艺参数为：恒流模式，电流密度5A/dm2，频率400Hz，占空比20%，正负脉冲比8:1，处理时间18min，微弧氧化处理时采用低温水浴控制电解液温度在45℃以下。
最后，将微弧氧化处理后的样品取出，用去离子水冲洗干净，吹干后对样品进行相关测量。微弧氧化膜层的平均厚度可达25.3μm，生长速率为1.41μm/min，单位能耗为1.76kw·h/(m2·μm)，硬度为1470HV，自腐蚀电流密度icorr为5.05×10-9A/cm2，极化电阻Rp为6.96×106Ω/cm2。
对比例3
前处理：将5052铝合金依次采用400#、800#、1000#、1200#、1500#、2000#的砂纸逐级打磨，采用0.5μm氧化铝抛光粉进行机械抛光处理。然后，样品在无水乙醇中进行超声清洗5min，取出后用去离子水冲洗。接着，样品在10g/L氢氧化钠溶液中浸泡样品40s，取出样品后用去离子水冲洗。采用100g/L硫酸和80g/L的硝酸溶液浸泡样品120s，取出样品后用去离子水冲洗并吹干备用。
微弧氧化处理：将经前处理的5052铝合金样品置于配制好的电解液中，微弧氧化电解液成分为25g/L硅酸钠、25g/L磷酸钠、1.5g/L氢氧化钠和去离子水。以样品作为阳极，以不锈钢片作为阴极，阴极和阳极的面积比为12:1，进行微弧氧化处理。工艺参数为：恒流模式，电流密度12A/dm2，占空比60%，频率700Hz，正负脉冲比9:1，处理时间15min，微弧氧化处理时采用低温水浴控制电解液温度在45℃以下。
最后，将微弧氧化处理后的样品取出，用去离子水冲洗干净，吹干后对样品进行相关测量。该微弧氧化膜层的平均厚度为14.3μm，生长速率为0.95μm/min，单位能耗为3.45kw·h/(m2·μm)，硬度为1316HV，自腐蚀电流密度icorr为6.6×10-8A/cm2，极化电阻Rp为5.34×105Ω/cm2。
实施例5
前处理：将5052铝合金依次采用400#、800#、1000#、1200#、1500#、2000#的砂纸逐级打磨，采用0.5μm氧化铝抛光粉进行机械抛光处理。然后，样品在无水乙醇中进行超声清洗5min，取出后用去离子水冲洗。接着，样品在10g/L氢氧化钠溶液中浸泡样品40s，取出样品后用去离子水冲洗。采用120g/L硫酸和80g/L的硝酸溶液浸泡样品110s，取出样品后用去离子水冲洗并吹干备用。
阳极氧化处理：将经过前处理的5052铝合金样品作为阳极，以不锈钢片作为阴极，在浓度为160g/L硫酸和7g/L硼酸的混合溶液中进行阳极氧化处理，施加电压20V，处理时间为12min，处理过程中采用低温水浴将电解液温度控制在20℃±1℃左右。
电解沉积：将经过阳极氧化处理的样品作为工作电极，以不锈钢片作为对电极，在两电极之间施加50Hz的12V交流电，在25g/L硫酸亚锡和10g/L硫酸组成的电解液中室温下进行电解沉积10min，电解液温度23℃，电解沉积过程中采用机械搅拌的方式保证溶液成分均匀。
微弧氧化处理：以经过电解沉积后的样品作为阳极，以不锈钢片作为阴极，阴极和阳极的面积比为12:1。微弧氧化电解液成分为25g/L硅酸钠、25g/L磷酸钠、1.5g/L氢氧化钠、1.8g/L高锰酸钾和去离子水。工艺参数为：恒流模式，电流密度12A/dm2，占空比60%，频率700Hz，正负脉冲比9:1，处理时间15min，微弧氧化处理时采用低温水浴控制电解液温度在45℃以下。
最后，将微弧氧化处理后的样品取出，用去离子水冲洗干净，吹干后对样品进行相关测量。微弧氧化膜层的平均厚度可达28.2μm，生长速率为1.88μm/min，单位能耗为1.54kw·h/(m2·μm)，硬度为1506HV，自腐蚀电流密度icorr为5.30×10-9A/cm2，极化电阻Rp为4.46×106Ω/cm2。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (4)

1.一种低能耗铝合金微弧氧化膜层制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）前处理：对铝合金样品进行打磨抛光，然后进行清洗、碱蚀和酸洗，接着清洗、吹干备用；
（2）阳极氧化处理：将经过前处理的样品在硫酸和硼酸混合溶液中进行阳极氧化处理；阳极氧化处理时，以经过前处理的样品作为阳极，不锈钢片作为阴极，工艺参数为：直流恒压模式，电压为10~20V，处理时间为5~30min，电解液温度为20±1℃，并持续搅拌；
（3）电解沉积：以经过阳极氧化处理的样品作为工作电极，以不锈钢片作为对电极，在两个电极之间施加频率为50Hz、电压为5~15V的交流电，在酸性金属盐溶液中进行电解沉积，电解液温度为20~25℃，处理时间为5~15min，并持续搅拌；
（4）微弧氧化处理：以经过电解沉积后的样品作为阳极，以不锈钢片作为阴极，阴极和阳极的面积比应不小于3:1；微弧氧化电解液由硅酸钠5~30g/L，磷酸钠5~30g/L，氢氧化钠0.5~6g/L，高锰酸钾0.5~5g/L和去离子水组成，采用双脉冲微弧氧化电源对样品进行微弧氧化处理，工艺参数为：恒流模式，电流密度5~12A/dm2，频率300~800Hz，占空比20%~60%，正负脉冲比(3~9):1，处理时间15~20min，电解液温度低于45℃，处理结束后，将样品取出用去离子水冲洗，随后干燥；
经过上述步骤处理后，在铝合金样品表面获得微弧氧化膜层。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述，样品的前处理过程为：将样品分别在400#、800#、1000#、1200#、1500#、2000#的砂纸上逐级打磨，然后采用0.5μm氧化铝抛光粉进行机械抛光处理，采用无水乙醇和去离子水对抛光后的样品进行清洗；接着，样品在10g/L氢氧化钠溶液中室温浸泡30~120s，去除自然氧化膜和油脂，浸泡后用去离子水冲洗；采用硫酸和硝酸的混合溶液对样品进行室温浸泡60~180s，去除样品表面挂灰和中和残留碱液，处理完成后用去离子水冲洗样品，随后吹干备用。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述，阳极氧化电解液的组成为100~180g/L的硫酸和5~10g/L的硼酸。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述，交流电解沉积所用酸性金属盐溶液由金属盐3~30g/L，硫酸5~15g/L和去离子水组成，金属盐为硫酸铜、硝酸银、硫酸亚锡、硫酸镍、硫酸钴中的任意一种。
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