背景技術(shù)
氧化鋁陶瓷具有耐高溫、耐磨損、電絕緣、抗氧化、耐腐蝕、機(jī)械強(qiáng)度高等特點(diǎn)，以其出色的物理化學(xué)性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性在國防、建筑、化工、冶煉等眾多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用需求。但是氧化鋁陶瓷材料是一種微觀以共價鍵和離子鍵結(jié)合的材料，因?yàn)榻Y(jié)合價鍵的方向性使得該種材料具有高脆性和低韌性的缺點(diǎn)，在極低的應(yīng)變值下即發(fā)生斷裂，這大大限制了陶瓷材料的廣泛應(yīng)用。尤其是隨著航空航天事業(yè)的高速發(fā)展，對于可在復(fù)雜環(huán)境下穩(wěn)定工作的韌性陶瓷的需求急劇提高。
目前制備氧化鋁陶瓷膜的方法有溶膠-凝膠法、固態(tài)粒子燒結(jié)法、化學(xué)氣相沉積和物理氣相沉積等方法。這些方法制備的陶瓷膜層都需要在較高溫度下完成，例如溶膠-凝膠法是通過水解與縮聚過程形成凝膠膜，然后經(jīng)過干燥和高溫煅燒得到所需的氧化鋁膜；固態(tài)粒子燒結(jié)法是通過將粉體材料進(jìn)行干壓或注漿成型，然后高溫?zé)Y(jié)，使粒子之間接觸處燒結(jié)而相互連接在一起；化學(xué)氣相沉積是在遠(yuǎn)高于熱力學(xué)計(jì)算臨界反應(yīng)溫度條件下進(jìn)行，反應(yīng)產(chǎn)物的蒸氣形成很高的過飽和蒸氣壓，然后自動凝聚形成大量的晶核，晶核聚集并沉淀吸附在基體材料上即可得到陶瓷膜；物理氣相沉積法是在真空條件下將材料源蒸發(fā)或電離，然后沉積在基體表面形成陶瓷膜。這些方法制備的膜層必須在高溫下才能形成良好的結(jié)晶態(tài)，而許多襯底是低熔點(diǎn)材料，限制了熱處理溫度不能太高，這導(dǎo)致許多膜層結(jié)晶度不高，晶粒之間結(jié)合力低，晶粒之間存在許多缺陷，很容易成為應(yīng)力集中點(diǎn)。所以，盡管這些制備方法被廣泛應(yīng)用于氧化鋁陶瓷膜的制備，但是制備的膜層脆性大、韌性低，應(yīng)變值低于1%、加工面積小、制備工藝復(fù)雜。
液相等離子體沉積技術(shù)，是一種通過在金屬基體表面發(fā)生等離子體放電燒結(jié)進(jìn)行氧化物陶瓷沉積的方法。該技術(shù)通過在樣品表面施加400-600V的高壓，使基體和電解液發(fā)生等離子體電解，在膜層表面同時存在基金陽離子、02、02+、OH、Ha、He、電解液離子等，在氣-液-固-介電體多相體系中，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，膜層局部發(fā)生融解；因?yàn)檎麄�體系處于室溫溫度的電解質(zhì)溶液中，融解的氧化物馬上又被冷卻、凝固，這種相變過程在膜層生長的過程中反復(fù)發(fā)生，因此電解質(zhì)溶液對膜層的性能起著重要作用。液相等離子體膜層的質(zhì)量主要是通過液相等離子體放電火花控制，因此采用火花調(diào)控劑可以實(shí)現(xiàn)對等離子放電火花密度、持續(xù)時間以及溫度等進(jìn)行調(diào)控，進(jìn)而得到目標(biāo)性產(chǎn)物。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要解決現(xiàn)有方法制備的氧化鋁陶瓷膜的膜層韌性低，應(yīng)變值低于1%、力口工面積小以及工藝復(fù)雜的問題，提供了一種韌性氧化鋁陶瓷膜的制備方法。
本發(fā)明一種韌性氧化鋁陶瓷膜的制備方法，是通過以下步驟進(jìn)行：一、配制弱堿性電解液，弱堿性電解液是由堿性調(diào)節(jié)劑和火花調(diào)控劑組成；二、將鋁合金置于盛有步驟一配制的弱堿性電解液的槽體中，其中陽極為鋁合金，對陰極為不銹鋼或石墨材料，然后用液相等離子體氧化電源，在電流密度為O.02〜O.14A/cm2條件下氧化1〜12m1n;三、將經(jīng)過步驟三處理后的鋁合金進(jìn)行沖洗后進(jìn)行干燥，即可得到韌性氧化鋁陶瓷膜；其中步驟一中的火花調(diào)控劑為稀土鹽；弱堿性電解液中堿性調(diào)節(jié)劑的終濃度為1〜30g/L，火花調(diào)控劑的終濃度為1〜20g/L。
本發(fā)明以稀土鹽為火花調(diào)控劑，稀土鹽在中溫下即可形成稀土氧化物，這些稀土氧化物很容易處于熔融狀態(tài)并能夠填補(bǔ)燒結(jié)膜層中的缺陷和裂紋，使膜層整體結(jié)構(gòu)均勻。因?yàn)榛鸹ǚ烹娕c結(jié)構(gòu)相互依賴和影響，均勻膜層使得其被高電壓擊穿點(diǎn)均勻分布在膜層表面，從而使的等離子體放電較未添加時火花均勻，致密膜層使得火花持續(xù)時間延長，因此稀土鹽使等離子體放電火花均勻，持續(xù)時間延長。此外，稀土鹽還可以抑制膜層中的晶粒生長，使晶粒處于納米尺度。膜層缺陷少、納米尺度晶粒、質(zhì)量均勻使得膜層應(yīng)力集中點(diǎn)大大降低，進(jìn)而具有了高韌性。本發(fā)明制備的氧化鋁膜層厚度可調(diào)，韌性高，應(yīng)變量可以到3%。本發(fā)明的制備過程簡單、快捷，最長不超過12m1n，并且可大面積加工，加工面積可到幾個平方米。