本发明属于铝合金处理技术领域，具体涉及一种铝合金模具表面微弧氧化处理方法。
背景技术：
随着社会的迅猛发展，现代工业的生产规模在不断扩大，对模具的需求量越来越来多，质量的要求也愈来愈高。铝合金模具在服役过程中反复地与高温状态的合金接触，在周期性的交变热应力作用下，模具材料尤其是表层的组织性能逐步发生演变，最终导致失效。热熔损是铝合金模具很重要的原因。为了改善模具的使用性能，提高模具的寿命，引入了表面处理技术。表面处理技术是主要是通过施加各种覆盖或者采用机械、物理、化学等方法来改变材料表面形貌、化学成分、相组成、微观结构、缺陷状态或应力状态，从而提高材料抵御环境作用的能力。
然而现有的表面处理技术对铝合金模具表面性能提高有限，尤其是耐高温性能一般，同时，还会出现应力变化，影响铝合金模具的性能。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种铝合金模具表面微弧氧化处理方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种铝合金模具表面微弧氧化处理方法，包括以下步骤:
(1)活化液制备:将醋酸镧溶于去离子水中，配制成质量分数为0.02-0.03%的醋酸镧溶液，然后向醋酸镧溶液中滴加次亚磷酸钠溶液，在滴加的同时，以120r/min转速搅拌，滴加完毕后，继续搅拌20-25min，即得；
(2)铝合金模具清洗:采用丙酮对铝合金模具进行浸泡清洗，超声处理5min后，过滤，烘干至恒重，然后将铝合金模具放入活化液中，在80℃水浴保温下浸泡1小时，然后过滤，洗涤至中性，烘干至恒重;
(3)复合电解液配制:将硅酸钠与氢氧化钠添加到去离子水中，以500r/min转速搅拌均匀，得到基础电解液，然后再向基础电解液中添加氯化铈-聚羟基铝复合修饰纳米沸石粉和分散剂，搅拌均匀后，即得复合电解液;
(4)微弧氧化处理:将铝合金模具连接到电解池的阳极，将不锈钢板连接到电解池的阴极，铝合金模具与不锈钢板之间距离150-160mm，电源脉冲数为450，脉冲宽度为75μs，电源电压为300v，微弧氧化处理为13-15min，温度为28-30℃，然后取出，采用去离子水清洗，烘干至恒重，即得。
作为进一步的技术方案，所述次亚磷酸钠溶液质量为醋酸镧溶液质量的10%，次亚磷酸钠溶液浓度为0.5%。
作为进一步的技术方案，所述超声处理频率为30khz，功率为500w。
作为进一步的技术方案，所述基础电解液中硅酸钠浓度为12g/l，氢氧化钠浓度为1.4g/l。
作为进一步的技术方案，所述氯化铈-聚羟基铝复合修饰纳米沸石粉添加量为基础电解液质量的1.2-1.5%。
作为进一步的技术方案，所述氯化镧-聚羟基铝复合修饰纳米沸石粉制备方法包括以下步骤：
（1）将纳米沸石粉均匀分散到去离子水中，配制成质量分数为10%的纳米沸石粉分散液，然后向纳米沸石粉分散液中添加其质量20%的乙醇，搅拌均匀，再添加纳米沸石粉分散液质量0.8%的有机硅烷偶联剂，在80℃水浴加热下，继续搅拌1小时，然后过滤，洗涤，烘干至恒重；
（2）将氯化铝溶液与氢氧化钠溶液按1:1体积比在38℃下，以800r/min转速均匀搅拌下等体积混合混合，然后再滴加添加氯化铝溶液体积25%的氯化镧溶液，继续搅拌35min，然后静置老化处理2小时，得到氯化镧-聚羟基铝复合修饰液；所述氯化铝溶液浓度为0.1mol/l，氢氧化钠溶液浓度为0.1mol/l，氯化镧溶液质量分数为0.02%；
（3）将步骤（1）中处理后的纳米沸石粉按180-200g：250ml的比例添加到步骤（2）中制备的氯化镧-聚羟基铝复合修饰液中，在70℃水浴保温下，以1000r/min转速搅拌1小时，然后微波处理150s，然后过滤，清洗至中性，烘干至恒重，即得。
作为进一步的技术方案，所述分散剂为六偏磷酸钠，分散剂添加量为基础电解液质量的3.5%。
有益效果：本发明方法对铝合金模具表面进行微弧氧化处理，能够在铝合金模具表面形成一层致密光滑的氧化膜，传统微弧氧化处理易出现微裂纹，从而降低氧化膜的质量和寿命，本发明方法能够降低微裂纹的产生，提高氧化膜的质量和使用寿命，在微弧氧化处理过程中，随着氧化膜厚度的增加，会导致疏松层厚度不断增加，与致密层之间的膨胀系数的差异导致膜层内部产生应力，孔隙中微小缺陷成为裂纹源，本发明通过采用复合电解液，通过在基础电解液中添加一定量的氯化铈-聚羟基铝复合修饰纳米沸石粉，通过其独特的特性和结构能够有效的对孔隙进行填补，使其致密化，通过添加分散剂能够使得氯化铈-聚羟基铝复合修饰纳米沸石粉分散更加均匀，从而能够均匀的与氧化膜层复合，从而能够降低裂纹源的产生，促使氧化膜更加致密，并且形成的复合氧化膜的耐高温性能得到极大的提高，具有优异的耐热震性能，使得铝合金模具的使用寿命应用范围都得到了极大的扩展。
具体实施方式
实施例1
一种铝合金模具表面微弧氧化处理方法，包括以下步骤:
(1)活化液制备:将醋酸镧溶于去离子水中，配制成质量分数为0.02%的醋酸镧溶液，然后向醋酸镧溶液中滴加次亚磷酸钠溶液，在滴加的同时，以120r/min转速搅拌，滴加完毕后，继续搅拌20min，即得；
(2)铝合金模具清洗:采用丙酮对铝合金模具进行浸泡清洗，超声处理5min后，过滤，烘干至恒重，然后将铝合金模具放入活化液中，在80℃水浴保温下浸泡1小时，然后过滤，洗涤至中性，烘干至恒重;
(3)复合电解液配制:将硅酸钠与氢氧化钠添加到去离子水中，以500r/min转速搅拌均匀，得到基础电解液，然后再向基础电解液中添加氯化铈-聚羟基铝复合修饰纳米沸石粉和分散剂，搅拌均匀后，即得复合电解液;
(4)微弧氧化处理:将铝合金模具连接到电解池的阳极，将不锈钢板连接到电解池的阴极，铝合金模具与不锈钢板之间距离150mm，电源脉冲数为450，脉冲宽度为75μs，电源电压为300v，微弧氧化处理为13min，温度为28℃，然后取出，采用去离子水清洗，烘干至恒重，即得。
作为进一步的技术方案，所述次亚磷酸钠溶液质量为醋酸镧溶液质量的10%，次亚磷酸钠溶液浓度为0.5%。
作为进一步的技术方案，所述超声处理频率为30khz，功率为500w。
作为进一步的技术方案，所述基础电解液中硅酸钠浓度为12g/l，氢氧化钠浓度为1.4g/l。
作为进一步的技术方案，所述氯化铈-聚羟基铝复合修饰纳米沸石粉添加量为基础电解液质量的1.2%。
作为进一步的技术方案，所述氯化镧-聚羟基铝复合修饰纳米沸石粉制备方法包括以下步骤：
（1）将纳米沸石粉均匀分散到去离子水中，配制成质量分数为10%的纳米沸石粉分散液，然后向纳米沸石粉分散液中添加其质量20%的乙醇，搅拌均匀，再添加纳米沸石粉分散液质量0.8%的有机硅烷偶联剂，在80℃水浴加热下，继续搅拌1小时，然后过滤，洗涤，烘干至恒重；
（2）将氯化铝溶液与氢氧化钠溶液按1:1体积比在38℃下，以800r/min转速均匀搅拌下等体积混合混合，然后再滴加添加氯化铝溶液体积25%的氯化镧溶液，继续搅拌35min，然后静置老化处理2小时，得到氯化镧-聚羟基铝复合修饰液；所述氯化铝溶液浓度为0.1mol/l，氢氧化钠溶液浓度为0.1mol/l，氯化镧溶液质量分数为0.02%；
（3）将步骤（1）中处理后的纳米沸石粉按180g：250ml的比例添加到步骤（2）中制备的氯化镧-聚羟基铝复合修饰液中，在70℃水浴保温下，以1000r/min转速搅拌1小时，然后微波处理150s，然后过滤，清洗至中性，烘干至恒重，即得。
作为进一步的技术方案，所述分散剂为六偏磷酸钠，分散剂添加量为基础电解液质量的3.5%。
实施例2
一种铝合金模具表面微弧氧化处理方法，包括以下步骤:
(1)活化液制备:将醋酸镧溶于去离子水中，配制成质量分数为0.03%的醋酸镧溶液，然后向醋酸镧溶液中滴加次亚磷酸钠溶液，在滴加的同时，以120r/min转速搅拌，滴加完毕后，继续搅拌25min，即得；
(2)铝合金模具清洗:采用丙酮对铝合金模具进行浸泡清洗，超声处理5min后，过滤，烘干至恒重，然后将铝合金模具放入活化液中，在80℃水浴保温下浸泡1小时，然后过滤，洗涤至中性，烘干至恒重;
(3)复合电解液配制:将硅酸钠与氢氧化钠添加到去离子水中，以500r/min转速搅拌均匀，得到基础电解液，然后再向基础电解液中添加氯化铈-聚羟基铝复合修饰纳米沸石粉和分散剂，搅拌均匀后，即得复合电解液;
(4)微弧氧化处理:将铝合金模具连接到电解池的阳极，将不锈钢板连接到电解池的阴极，铝合金模具与不锈钢板之间距离160mm，电源脉冲数为450，脉冲宽度为75μs，电源电压为300v，微弧氧化处理为15min，温度为30℃，然后取出，采用去离子水清洗，烘干至恒重，即得。
作为进一步的技术方案，所述次亚磷酸钠溶液质量为醋酸镧溶液质量的10%，次亚磷酸钠溶液浓度为0.5%。
作为进一步的技术方案，所述超声处理频率为30khz，功率为500w。
作为进一步的技术方案，所述基础电解液中硅酸钠浓度为12g/l，氢氧化钠浓度为1.4g/l。
作为进一步的技术方案，所述氯化铈-聚羟基铝复合修饰纳米沸石粉添加量为基础电解液质量的1.5%。
作为进一步的技术方案，所述氯化镧-聚羟基铝复合修饰纳米沸石粉制备方法包括以下步骤：
（1）将纳米沸石粉均匀分散到去离子水中，配制成质量分数为10%的纳米沸石粉分散液，然后向纳米沸石粉分散液中添加其质量20%的乙醇，搅拌均匀，再添加纳米沸石粉分散液质量0.8%的有机硅烷偶联剂，在80℃水浴加热下，继续搅拌1小时，然后过滤，洗涤，烘干至恒重；
（2）将氯化铝溶液与氢氧化钠溶液按1:1体积比在38℃下，以800r/min转速均匀搅拌下等体积混合混合，然后再滴加添加氯化铝溶液体积25%的氯化镧溶液，继续搅拌35min，然后静置老化处理2小时，得到氯化镧-聚羟基铝复合修饰液；所述氯化铝溶液浓度为0.1mol/l，氢氧化钠溶液浓度为0.1mol/l，氯化镧溶液质量分数为0.02%；
（3）将步骤（1）中处理后的纳米沸石粉按200g：250ml的比例添加到步骤（2）中制备的氯化镧-聚羟基铝复合修饰液中，在70℃水浴保温下，以1000r/min转速搅拌1小时，然后微波处理150s，然后过滤，清洗至中性，烘干至恒重，即得。
作为进一步的技术方案，所述分散剂为六偏磷酸钠，分散剂添加量为基础电解液质量的3.5%。
实施例3
一种铝合金模具表面微弧氧化处理方法，包括以下步骤:
(1)活化液制备:将醋酸镧溶于去离子水中，配制成质量分数为0.026%的醋酸镧溶液，然后向醋酸镧溶液中滴加次亚磷酸钠溶液，在滴加的同时，以120r/min转速搅拌，滴加完毕后，继续搅拌22min，即得；
(2)铝合金模具清洗:采用丙酮对铝合金模具进行浸泡清洗，超声处理5min后，过滤，烘干至恒重，然后将铝合金模具放入活化液中，在80℃水浴保温下浸泡1小时，然后过滤，洗涤至中性，烘干至恒重;
(3)复合电解液配制:将硅酸钠与氢氧化钠添加到去离子水中，以500r/min转速搅拌均匀，得到基础电解液，然后再向基础电解液中添加氯化铈-聚羟基铝复合修饰纳米沸石粉和分散剂，搅拌均匀后，即得复合电解液;
(4)微弧氧化处理:将铝合金模具连接到电解池的阳极，将不锈钢板连接到电解池的阴极，铝合金模具与不锈钢板之间距离155mm，电源脉冲数为450，脉冲宽度为75μs，电源电压为300v，微弧氧化处理为14min，温度为29℃，然后取出，采用去离子水清洗，烘干至恒重，即得。
作为进一步的技术方案，所述次亚磷酸钠溶液质量为醋酸镧溶液质量的10%，次亚磷酸钠溶液浓度为0.5%。
作为进一步的技术方案，所述超声处理频率为30khz，功率为500w。
作为进一步的技术方案，所述基础电解液中硅酸钠浓度为12g/l，氢氧化钠浓度为1.4g/l。
作为进一步的技术方案，所述氯化铈-聚羟基铝复合修饰纳米沸石粉添加量为基础电解液质量的1.3%。
作为进一步的技术方案，所述氯化镧-聚羟基铝复合修饰纳米沸石粉制备方法包括以下步骤：
（1）将纳米沸石粉均匀分散到去离子水中，配制成质量分数为10%的纳米沸石粉分散液，然后向纳米沸石粉分散液中添加其质量20%的乙醇，搅拌均匀，再添加纳米沸石粉分散液质量0.8%的有机硅烷偶联剂，在80℃水浴加热下，继续搅拌1小时，然后过滤，洗涤，烘干至恒重；
（2）将氯化铝溶液与氢氧化钠溶液按1:1体积比在38℃下，以800r/min转速均匀搅拌下等体积混合混合，然后再滴加添加氯化铝溶液体积25%的氯化镧溶液，继续搅拌35min，然后静置老化处理2小时，得到氯化镧-聚羟基铝复合修饰液；所述氯化铝溶液浓度为0.1mol/l，氢氧化钠溶液浓度为0.1mol/l，氯化镧溶液质量分数为0.02%；
（3）将步骤（1）中处理后的纳米沸石粉按190g：250ml的比例添加到步骤（2）中制备的氯化镧-聚羟基铝复合修饰液中，在70℃水浴保温下，以1000r/min转速搅拌1小时，然后微波处理150s，然后过滤，清洗至中性，烘干至恒重，即得。
作为进一步的技术方案，所述分散剂为六偏磷酸钠，分散剂添加量为基础电解液质量的3.5%。
对比例1
一种铝合金模具表面微弧氧化处理方法，包括以下步骤:
(1)活化液制备:将醋酸镧溶于去离子水中，配制成质量分数为0.02%的醋酸镧溶液，然后向醋酸镧溶液中滴加次亚磷酸钠溶液，在滴加的同时，以120r/min转速搅拌，滴加完毕后，继续搅拌20min，即得；
(2)铝合金模具清洗:采用丙酮对铝合金模具进行浸泡清洗，超声处理5min后，过滤，烘干至恒重，然后将铝合金模具放入活化液中，在80℃水浴保温下浸泡1小时，然后过滤，洗涤至中性，烘干至恒重;
(3)电解液配制:将硅酸钠与氢氧化钠添加到去离子水中，以500r/min转速搅拌均匀，得到电解液;
(4)微弧氧化处理:将铝合金模具连接到电解池的阳极，将不锈钢板连接到电解池的阴极，铝合金模具与不锈钢板之间距离150mm，电源脉冲数为450，脉冲宽度为75μs，电源电压为300v，微弧氧化处理为13min，温度为28℃，然后取出，采用去离子水清洗，烘干至恒重，即得。
作为进一步的技术方案，所述次亚磷酸钠溶液质量为醋酸镧溶液质量的10%，次亚磷酸钠溶液浓度为0.5%。
作为进一步的技术方案，所述超声处理频率为30khz，功率为500w。
作为进一步的技术方案，所述电解液中硅酸钠浓度为12g/l，氢氧化钠浓度为1.4g/l。
作为进一步的技术方案，所述分散剂为六偏磷酸钠，分散剂添加量为基础电解液质量的3.5%。
对比例2：与实施例1区别在于将氯化镧-聚羟基铝复合修饰纳米沸石粉替换为其中含有的等量的氯化镧。
抗热震性能测试
采用电阻炉对实施例与对比例经过表面微弧氧化处理后的相同的铝合金模具进行加热，在300℃条件下保温3min，然后再在0℃冰水中淬火，风干后，再次加热至300℃，以此为一个热震循环，在此循环下60次、90次，观察膜层剥落及裂纹产生情况（每组试样20件，试样材料为铝合金30cr）：
表1
由表1可以看出，本发明微弧氧化处理能够明显的提高铝合金模具的抗热震性能。
对实施例与对比例处理后的铝合金模具进行耐热检测，对比各组耐温提高率%（每组试样20件，取平均值，试样材料为铝合金30cr）：
耐温提高率=（处理后最大耐温度-处理前最大耐温度）/处理前最大耐温度×100%；
表2
由表2可以看出，本发明方法处理后的铝合金模具耐温性能得到明显的提高。
技术特征：
1.一种铝合金模具表面微弧氧化处理方法，其特征在于，包括以下步骤:
(1)活化液制备:将醋酸镧溶于去离子水中，配制成质量分数为0.02-0.03%的醋酸镧溶液，然后向醋酸镧溶液中滴加次亚磷酸钠溶液，在滴加的同时，以120r/min转速搅拌，滴加完毕后，继续搅拌20-25min，即得；
(2)铝合金模具清洗:采用丙酮对铝合金模具进行浸泡清洗，超声处理5min后，过滤，烘干至恒重，然后将铝合金模具放入活化液中，在80℃水浴保温下浸泡1小时，然后过滤，洗涤至中性，烘干至恒重;
(3)复合电解液配制:将硅酸钠与氢氧化钠添加到去离子水中，以500r/min转速搅拌均匀，得到基础电解液，然后再向基础电解液中添加氯化铈-聚羟基铝复合修饰纳米沸石粉和分散剂，搅拌均匀后，即得复合电解液;
(4)微弧氧化处理:将铝合金模具连接到电解池的阳极，将不锈钢板连接到电解池的阴极，铝合金模具与不锈钢板之间距离150-160mm，电源脉冲数为450，脉冲宽度为75μs，电源电压为300v，微弧氧化处理为13-15min，温度为28-30℃，然后取出，采用去离子水清洗，烘干至恒重，即得。
2.如权利要求1所述的一种铝合金模具表面微弧氧化处理方法，其特征在于，所述次亚磷酸钠溶液质量为醋酸镧溶液质量的10%，次亚磷酸钠溶液浓度为0.5%。
3.如权利要求1所述的一种铝合金模具表面微弧氧化处理方法，其特征在于，所述超声处理频率为30khz，功率为500w。
4.如权利要求1所述的一种铝合金模具表面微弧氧化处理方法，其特征在于，所述基础电解液中硅酸钠浓度为12g/l，氢氧化钠浓度为1.4g/l。
5.如权利要求1所述的一种铝合金模具表面微弧氧化处理方法，其特征在于，所述氯化铈-聚羟基铝复合修饰纳米沸石粉添加量为基础电解液质量的1.2-1.5%。
6.如权利要求5所述的一种铝合金模具表面微弧氧化处理方法，其特征在于，所述氯化镧-聚羟基铝复合修饰纳米沸石粉制备方法包括以下步骤：
（1）将纳米沸石粉均匀分散到去离子水中，配制成质量分数为10%的纳米沸石粉分散液，然后向纳米沸石粉分散液中添加其质量20%的乙醇，搅拌均匀，再添加纳米沸石粉分散液质量0.8%的有机硅烷偶联剂，在80℃水浴加热下，继续搅拌1小时，然后过滤，洗涤，烘干至恒重；
（2）将氯化铝溶液与氢氧化钠溶液按1:1体积比在38℃下，以800r/min转速均匀搅拌下等体积混合混合，然后再滴加添加氯化铝溶液体积25%的氯化镧溶液，继续搅拌35min，然后静置老化处理2小时，得到氯化镧-聚羟基铝复合修饰液；所述氯化铝溶液浓度为0.1mol/l，氢氧化钠溶液浓度为0.1mol/l，氯化镧溶液质量分数为0.02%；
（3）将步骤（1）中处理后的纳米沸石粉按180-200g：250ml的比例添加到步骤（2）中制备的氯化镧-聚羟基铝复合修饰液中，在70℃水浴保温下，以1000r/min转速搅拌1小时，然后微波处理150s，然后过滤，清洗至中性，烘干至恒重，即得。
7.如权利要求1所述的一种铝合金模具表面微弧氧化处理方法，其特征在于，所述分散剂为六偏磷酸钠，分散剂添加量为基础电解液质量的3.5%。
技术总结
本发明公开了一种铝合金模具表面微弧氧化处理方法，涉及铝合金处理技术领域，包括以下步骤:(1)活化液制备；(2)铝合金模具清洗;(3)复合电解液配制;(4)微弧氧化处理；本发明方法对铝合金模具表面进行微弧氧化处理，能够在铝合金模具表面形成一层致密光滑的氧化膜。
技术研发人员：苗雪峰
受保护的技术使用者：安徽舜邦精细化工有限公司
技术研发日：.11.09
技术公布日：.01.10
如果觉得《一种铝合金模具表面微弧氧化处理方法与流程》对你有帮助，请点赞、收藏，并留下你的观点哦！
