本发明涉及表面处理，具体涉及一种原位掺杂纳米sio2颗粒复合微弧氧化层及其制备方法。
背景技术：
1、随着科技和经济的发展，作为轻金属的铝合金逐渐成为社会发展不可或缺的结构材料。铝合金不仅密度低、比强度高、易加工成型，还具有良好的可焊性和可抛光性能等优点，其零部件在航空航天、军工、交通、化工等领域均得到广泛的应用，被誉为绿色环保材料。但由于铝合金工件表面硬度低、易磨损、耐腐蚀性能差，在实际服役时往往受到腐蚀破坏或摩擦损伤等问题而失效，严重影响了铝合金零部件的应用范围。因此，要改善铝合金工件的表面状态，提高其综合性能，延长实际服役时的寿命，必须采用一些有效手段来对其工件表面进行处理。
2、传统的铝合金表面处理技术如阳极氧化、电镀、热喷涂技术等均存在诸多问题，要满足铝合金零部件在军工、航空航天等精度和性能要求较高领域的防护需求，必须探索新的操作的表面处理技术手段；微弧氧化技术工艺简单，生产效率高且对环境友好，利用该技术形成的膜层具有硬度高，绝缘性好，耐摩擦磨损和耐腐蚀性能好等特点，显著改善了基体表面的综合防护性能。微弧氧化技术也因此在航空航天、军工、生物医学等诸多领域有着广阔的应用前景。
3、尽管微弧氧化技术现已取得了较大进展，国内外相关学者已经对影响微弧氧化层结构及性能的因素进行过大量的研究，但微弧氧化反应相对比较复杂，是很多因素共同影响的结果。而且大多数研究致力于电解液成分或电压、电流等电参数对微弧氧化膜层的影响，有关功能性颗粒对微弧氧化膜层结构和性能影响的研究仍比较浅显。
技术实现思路
1、针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种原位掺杂纳米sio2颗粒复合微弧氧化层及其制备方法，本发明通过在硅酸盐体系电解液中加入不同种类的分散剂，对比不同分散剂对纳米颗粒在电解液中的分散效果以及对膜层微观形貌和硬度、耐磨损性能的影响，确定最佳分散剂，研究纳米sio2颗粒添加量对复合微弧氧化膜层微观组织结构、物相组成、硬度、耐磨性及结合力、耐腐蚀性等的影响，并分析纳米sio2颗粒对膜层的影响机理。
2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
3、一种原位掺杂纳米sio2颗粒复合微弧氧化层的制备方法，包括以下步骤：
4、铝合金基材表面预处理；
5、配置纳米电解液：将乙二胺四乙酸二钠加入到基础电解液中，形成分散剂溶液，然后向所述分散剂溶液中加入纳米sio2颗粒，形成纳米电解液；
6、微弧氧化：将表面处理后的铝合金基材放入纳米电解液中，在超声作用下对铝合金基材进行微弧氧化处理，得到原位掺杂纳米sio2颗粒复合微弧氧化层。
7、本发明的另一个目的是提供一种上述所述的制备方法制备得到的原位掺杂sio2颗粒复合微弧氧化层。
8、与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
9、1、本发明在超声作用下分别以sdbs、shmp和edta-2na为分散剂，对纳米sio2颗粒在溶液中的分散效果进行了对比。结果显示，分散剂为shmp和edta-2na时，纳米颗粒在溶液中表现出较好的分散性及悬浮稳定性，shmp和edta-2na分散剂加入到微弧氧化基础电解液后，以edta-2na为分散剂制备的膜层表面微孔孔径更小，而以edta-2na为分散剂的膜层致密度更高，相比于shmp分散剂，edta-2na作为分散剂制备的膜层硬度更高，耐摩擦磨损性能更好，即edta-2na分散剂对微弧氧化层的破坏作用较小，是复合微弧氧化工艺中纳米分散剂的最佳选择。
10、2、纳米sio2颗粒能够进入到微弧氧化层中形成复合膜层，并显著改善膜层微观形貌，结果表明，复合膜层表面微凸体尺寸降低，微孔孔径显著缩小，微裂纹明显减少；膜层截面致密层占比显著提高，致密度大幅提高，纳米sio2颗粒可以在微弧氧化过程中与al2o3反应形成莫来石相，大部分sio2以非晶态形式复合于膜层中，且集中于复合膜层疏松层，并在表面呈均匀分布状态，纳米sio2颗粒在击穿放电过程中进入微弧氧化层，凝固后复合到弧氧化层。在一定范围内，电解液中纳米sio2颗粒浓度越高，膜层中sio2复合量越多。
11、3、纳米sio2颗粒复合的微弧氧化层的硬度较高。复合膜层致密度的提高以及莫来石相的出现，使得膜层硬度普遍提高，其硬度最大值可比普通膜层提高约31.3％，纳米sio2颗粒复合的微弧氧化层的摩擦磨损性能更好，由于复合膜层硬度、致密度的提高，以及sio2颗粒的润滑作用，导致与普通膜层相比，其摩擦系数显著下降，体积磨损率降低一个数量级，纳米sio2颗粒复合的微弧氧化层的耐蚀性也很优越。不仅在盐雾试验中表现优异，在电化学测试中也有明显优势。根据极化曲线结果，复合膜层腐蚀电流密度比普通膜层降低一个数量级，自腐蚀电位可提高200mv，体现出更好的耐腐蚀性能。
1.一种原位掺杂纳米sio2颗粒复合微弧氧化层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的原位掺杂sio2颗粒复合微弧氧化层的制备方法，其特征在于，所述纳米电解液中纳米sio2颗粒的浓度为6～10g/l。
3.根据权利要求1所述的原位掺杂sio2颗粒复合微弧氧化层的制备方法，其特征在于，所述纳米电解液中纳米sio2颗粒的浓度为10g/l。
4.根据权利要求1所述的原位掺杂sio2颗粒复合微弧氧化层的制备方法，其特征在于，所述铝合金基材为5a06铝合金板材，所述5a06铝合金板材的大小为50mm×25mm×2mm。
5.根据权利要求1所述的原位掺杂sio2颗粒复合微弧氧化层的制备方法，其特征在于，所述硅酸盐体系基础电解液为na2sio3-koh体系，所述na2sio3-koh体系中na2sio3与koh的质量浓度比为10:3。
6.根据权利要求1所述的原位掺杂sio2颗粒复合微弧氧化层的制备方法，其特征在于，乙二胺四乙酸二钠与硅酸盐体系基础电解液的质量体积比为1-10g:100ml。
7.根据权利要求1所述的原位掺杂sio2颗粒复合微弧氧化层的制备方法，其特征在于，所述微弧氧化参数为：正向电压为0～550v，反向电压为0～150v，脉冲频率为100～1000hz，占空比范围为5～60％，电流密度为2a/dm2，电解液温度＜50℃。
8.根据权利要求1所述的原位掺杂sio2颗粒复合微弧氧化层的制备方法，其特征在于，所述铝合金基材表面预处理方法为：对铝合金板材进行切割，切割后进行打磨处理，然后超声清洗，晾干。
9.一种权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到的原位掺杂sio2颗粒复合微弧氧化层。
