铝合金硬质润滑膜层的制备方法.pdf

一种铝合金硬质润滑膜层的制备方法，包括表面有油脂或氧化皮的铝合金件进行预处理除油和清洗；采用去离子水配制包含硫酸100～300g/l、草酸10～40g/l、二硫化钼0.1～10g/l、三乙醇胺20～40ml/l、甘油2～10ml/l、乳酸钠3～15g/l和十二烷基苯磺酸钠0.1～3g/l的电解液；浸入电解液进行硬质润滑处理，要求正向电流密度0.5～5A/dm2，负向电流范围0.1～0.5A，正负脉冲占空比范围3∶1～1∶2，电解液温度0～10℃，空气搅拌，处理时间20～60min。本发明制得润滑膜厚度30～80μm，硬度Hv350～420，摩擦系数0.15～0.25，还具有处理时间短、工艺简单、工件无需高温热处理、不变形等优点，适合所有可以进行硬质氧化的变形铝合金。

1、  一种铝合金硬质润滑膜层的制备方法，其特征在于该制备方法包括下列步骤：
(1)制备电解液，采用去离子水配制电解液，电解液中包含硫酸100～300g/l、草酸10～40g/l、二硫化钼0.1～10g/l、三乙醇胺20～40ml/l、甘油2～10ml/l、乳酸钠3～15g/l、十二烷基苯磺酸钠0.1～3g/l；
(2)硬质润滑处理，将工件浸入所述电解液中，工件接电源正极作为阳极，对电极作为阴极接在电源负极上，电源采用双脉冲电源，要求正向电流密度为0.5～5A/dm²，负向电流范围为0.1～0.5A，正负脉冲占空比范围为3∶1～1∶2，电解液温度为0～10℃，搅拌方式为空气搅拌，处理时间为20～60min。

2、  根据权利要求1所述的铝合金硬质润滑膜层的制备方法，其特征在于所述的硬质润滑处理的铝合金工件表面有油脂或氧化皮的，在硬质润滑处理前进行常规预处理，包括除油和清洗。

3、  根据权利要求2所述的铝合金硬质润滑膜层的制备方法，其特征在于所述的预处理除油和清洗包括下列步骤：
(1)工件经金相砂纸抛光；
(2)对工件表面的油脂或氧化皮，用碱性脱脂液于40～60℃下除油2～6min，然后清水洗，再在20g/lNaoH溶液中碱洗30～90S再清水洗，再在浓度为10％的稀硝酸溶液中出光5～30S，再清水洗。

铝合金硬质润滑膜层的制备方法
技术领域
本发明涉及一种铝合金材料表面涂层处理工艺，特别是铝合金材料表面硬质润滑膜层的制备方法。
背景技术
铝合金材料的严重弱点是质软、摩擦系数大、易磨损、易拉伤且难以润滑，对于耐磨、耐蚀性要求较高的零件则无法满足要求，特别适用于一些固体润滑场合的铝合金精密运动零部件，更是无法适应高强度、耐腐蚀的高要求，通过硬质阳极氧化处理，其耐蚀性、表面硬度和耐磨性得到明显提高，但是其表面摩擦系数偏高，对偶相容性差、难以被润滑，限制了铝合金材料在一些高速、高频铝质运动零部件和一些不适宜于液体润滑的场合如动力传动系统的阀体零件、圆盘导轨、发射装置等的应用。因此，如何在保证硬质阳极氧化膜硬度高的基础上，进一步降低其摩擦系数，改善其润滑性能，实现固体润滑或使涂层具有自润滑性能具有十分重要的研究意义，成为近年来硬质氧化技术改进的一个重要方向。中国专利文献专利号：200510020551.5，发明名称：“铝合金材料氟聚合物协合涂层处理工艺”，阐述了将铝合金材料或零部件首先进行硬质阳极氧化30～120min，再在阳极氧化层微孔及表面引入氟聚合物，也可先对硬质阳极氧化层进行扩孔处理，扩孔后再在阳极氧化层微孔及表面引入氟聚合物，最后在300～450℃下进行真空精密热处理20～120min，使氟聚合物与阳极氧化膜熔合为一体，形成协合涂层，涂层厚度20～60μm，硬度400～650Hv，动摩擦系数0.15。该方法需要进行预处理、硬质氧化处理、扩孔处理、氟聚合物引入、真空热处理等，工艺复杂，时间长，效率低，不易操作，且铝合金部件在高温下容易发生变形。
发明内容
本发明的目的在于避免现有铝合金材料氟聚合物协合涂层处理技术的缺陷而提供一种工艺简单、易操作、不会导致部件变形的铝合金硬质润滑膜层的制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种铝合金硬质润滑膜层的制备方法，其特征在于该制备方法包括下列步骤：
(1)制备电解液，采用去离子水配制电解液，电解液中包含硫酸100～300g/l、草酸10～40g/l、二硫化钼0.1～10g/l、三乙醇胺20～40ml/l、甘油2～10ml/l、乳酸钠3～15g/l、十二烷基苯磺酸钠0.1～3g/l；
(2)硬质润滑处理，将工件浸入所述电解液中，工件接电源正极作为阳极，对电极作为阴极接在电源负极上，电源采用双脉冲电源，要求正向电流密度为0.5～5A/dm²，负向电流范围为0.1～0.5A，正负脉冲占空比范围为3∶1～1∶2，电解液温度为0～10℃，搅拌方式为空气搅拌，处理时间为20～60min。
所述的硬质润滑处理的铝合金工件表面有油脂或氧化皮的，在硬质润滑处理前进行常规预处理，包括除油和清洗。
所述的预处理除油和清洗包括下列步骤：
(1)工件经金相砂纸抛光；
(2)对工件表面的油脂或氧化皮，用碱性脱脂液于40～60℃下除油2～6min，然后清水洗，再在20g/l NaoH溶液中碱洗30～90S再清水洗，再在浓度为10％的稀硝酸溶液中出光5～30S，再清水洗。
与现有技术相比，采用本制备方法制得的硬质润滑膜层厚度范围为30～80μm，硬度Hv350～420，摩擦系数为0.15～0.25，该制备方法的优点在于：①处理时间短，工艺简单；②制备过程在低温0～10℃下进行，故工件无需高温热处理，不会变形；③采用该工艺制备的膜层性能与氟协合涂层相仿，适合所有硬质氧化的变形铝合金。
具体实施方式
本发明铝合金硬质润滑膜层的制备方法包括：对铝合金工件表面有油脂或氧化皮的，进行常规预处理，包括除油和清洗，除油和清洗即将工件经金相砂纸抛光后，再用碱性脱脂液(市售896除油剂)在40～60℃下除油2～6min，然后清水洗，再在20g/1NaoH溶液中碱洗30～90S，再清水洗，再在浓度为10％的稀硝酸溶液中出光5～30S，再清水洗，预处理完毕。对于铝合金工件表面很干净无油脂、无氧化皮的，可省去预处理工序。
在进入硬质润滑处理前先制备电解液，采用去离子水配制电解液，电解液中包含硫酸100～300g/l、草酸10～40g/l、二硫化钼0.1～10g/l、三乙醇胺20～40ml/l、甘油2～10ml/l、乳酸钠3～15g/l、十二烷基苯磺酸钠0.1～3g/l；然后将经预处理后的工件浸入上述电解液中，工件接电源正极作为阳极，对电极作为阴极接在电源负极上，电源采用双脉冲电源，要求正向电流密度为0.5～5A/dm²，负向电流范围为0.1～0.5A，正负脉冲占空比范围为3∶1～1∶2，电解液温度为0～10℃，搅拌方式为空气搅拌，处理时间为20～60min。
以下将以同样材质、同样规格尺寸，在不同工艺条件下所获得不同的结果来进一步描述本发明的制备方法。
实施例1
试样材料LY12，试样尺寸￠100mm×10mm，(1)试样经金相砂纸抛光，待用；(2)预处理，试样或工件表面有油脂或氧化皮，可用碱性脱脂液(市售896除油剂)于40～60℃下除油2～6min，然后清水洗，再在20g/1NaoH溶液中碱洗30～90S，再清水洗，再在浓度为10％的稀硝酸溶液中出光5～30S，再清水洗。(3)硬质润滑处理，电解液组成H₂SO₄ 125g/l、草酸35g/l、MoS₂ 0.5g/l、三乙醇胺30ml/l、甘油8ml/l、乳酸钠5g/l、十二烷基苯磺酸钠0.2g/l；将试样浸入电解液中，工件接电源正极作为阳极，对电极作为阴极接在电源负极上；电源采用双脉冲电源，正脉冲电流为3.6A，负脉冲电流为0.2A，占空比4∶7，电解液温度为7±1℃，搅拌方式为空气搅拌，处理时间25min。
制备的硬质润滑膜层厚度35μm，硬度Hv420，经过中性盐雾试验312小时后表面没有出现腐蚀点，摩擦系数为0.22。
实施例2
试样材料LY12，试样尺寸￠100mm×10mm，一次处理5片，(1)试样经金相砂纸抛光，待用；(2)预处理，试样或工件表面有油脂或氧化皮，可用碱性脱脂液(市售896除油剂)于40～60℃下除油2～6min，然后清水洗，再在20g/1NaoH溶液中碱洗30～90S，再清水洗，再在浓度为10％的稀硝酸溶液中出光5～30S，再清水洗。(3)硬质润滑处理，电解液组成H₂SO₄ 180g/l、草酸30g/l、MoS₂ 5g/l、三乙醇胺22ml/l、甘油6ml/l、乳酸钠8g/l、十二烷基苯磺酸钠1g/l；将试样浸入电解液中，工件接电源正极作为阳极，对电极作为阴极接在电源负极上；电源采用双脉冲电源，正脉冲电流为23A，负脉冲电流为0.4A，占空比3∶1，电解液温度为3±1℃，搅拌方式为空气搅拌，处理时间35min。
制备的硬质润滑膜层厚度48μm，硬度Hv402，经过中性盐雾试验312小时后表面没有出现腐蚀点，摩擦系数为0.2。
实施例3
试样材料LY12，试样尺寸￠100mm×10mm(1)试样经金相砂纸抛光，待用；(2)预处理，试样或工件表面有油脂或氧化皮，可用碱性脱脂液(市售896除油剂)于40～60℃下除油2～6min，然后清水洗，再在20g/1NaoH溶液中碱洗30～90S，再清水洗，再在浓度为10％的稀硝酸溶液中出光5～30S，再清水洗。(3)硬质润滑处理，电解液组成H₂SO₄ 250g/l、草酸15g/l、MoS₂ 8g/l、三乙醇胺35ml/l、甘油4ml/l、乳酸钠12g/l、十二烷基苯磺酸钠3g/l；将试样浸入电解液中，工件接电源正极作为阳极，对电极作为阴极接在电源负极上；电源采用双脉冲电源，正脉冲电流为2A，负脉冲电流为0.3A，占空比6∶5，电解液温度为5±1℃，搅拌方式为空气搅拌，处理时间50min。
制备的硬质润滑膜层厚度78μm，硬度Hv350，经过中性盐雾试验312小时后表面没有出现腐蚀点，摩擦系数为0.18。