一種添加離子液體的乙二醇溶液中鈦鋁合金陽(yáng)極氧化的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于金屬材料高溫抗氧化領(lǐng)域，具體設(shè)及一種添加離子液體的己二醇溶液 中鐵侶合金陽(yáng)極氧化的方法，用于鐵侶合金高溫抗氧化。 技術(shù)背景
[0002] 鐵侶合金具有密度低、比強(qiáng)度高、彈性模量高、高溫抗蠕變能力好等優(yōu)點(diǎn)，是一種 極具應(yīng)用前景的高溫材料，被應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓風(fēng)機(jī)和禍輪葉片等高溫零部件。然 而，鐵侶合金的實(shí)際使用溫度被限制在750-800°C，由于在更高溫度下，鐵和侶與氧的親和 能力差不多，合金表面形成的是Ti〇2和Al2〇3混合層，氧化膜的生長(zhǎng)速率很快，容易發(fā)生剝 落。
[0003] 為了克服W上問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者采用了合金化、離子注入法、表面涂層和陽(yáng)極氧化 等方法改性來(lái)提高鐵侶合金的使用溫度。其中，陽(yáng)極氧化法是一種控制陽(yáng)極氧化參數(shù)制備 結(jié)構(gòu)和性能不同的陽(yáng)極氧化膜的方法，氧化膜由基體原位生長(zhǎng)出來(lái)，與基體結(jié)合力較好。然 而，國(guó)內(nèi)外對(duì)于鐵侶合金陽(yáng)極氧化提高高溫抗氧化性的報(bào)道非常少，常見(jiàn)的只有磯酸體系， 制備獲得的陽(yáng)極氧化膜的使用溫度也只限制在800°c。因此，需要開(kāi)發(fā)出新的陽(yáng)極氧化體 系，提高鐵侶合金在更高溫度下的抗氧化性能。己二醇是一種常見(jiàn)的有機(jī)溶劑，由于其良好 的溶解性，可W添加少量其他物質(zhì)用于電化學(xué)相關(guān)研究；同時(shí)低廉的成本使其在工業(yè)應(yīng)用 上也有廣闊的前景。己二醇溶液常常作為溶劑用于電化學(xué)陽(yáng)極氧化中，然而使用己二醇對(duì) 鐵侶合金陽(yáng)極氧化處理來(lái)提高其高溫抗氧化性能，目前尚無(wú)此類報(bào)道。因此，研究和實(shí)現(xiàn)在 添加離子液體的己二醇溶液中陽(yáng)極氧化提高鐵侶合金高溫抗氧化性能對(duì)于鐵侶合金在航 空工業(yè)的應(yīng)用具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有鐵侶合金抗高溫氧化能力不足，提供一種添加離子液體 的己二醇溶液中鐵侶合金陽(yáng)極氧化的方法，通過(guò)陽(yáng)極氧化在表面形成富Al層，提高鐵侶合 金在IOOCTC高溫下的抗氧化性能。
[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0006] 一種添加離子液體的己二醇溶液中鐵侶合金陽(yáng)極氧化的方法，所述方法為：
[0007] W打磨清洗后的鐵侶合金試樣作為陽(yáng)極，W石墨或銷片為對(duì)電極，在電解液中采 用恒壓模式陽(yáng)極氧化，所述電解液為下列之一；含有體積分?jǐn)?shù)0. 5-5%離子液體的己二醇 溶液、含有體積分?jǐn)?shù)0. 5-5%離子液體和體積分?jǐn)?shù)0?15%水的己二醇溶液為電解液，所述 陽(yáng)極和對(duì)電極的間距控制在1-lOcm，氧化電壓為2-60V，氧化時(shí)電解液的溫度為5-50°C，氧 化時(shí)間0.5-15h;陽(yáng)極氧化結(jié)束后取出氧化后試樣，用無(wú)水己醇超聲清洗、吹干，制得陽(yáng)極 氧化處理后的鐵侶合金。
[000引本發(fā)明所述的離子液體為1- 了基-3-甲基咪挫六氣磯酸鹽、1-己基-2, 3-二甲基 咪挫六氣磯酸鹽、N-辛基化晚漠鹽、N- 了基化晚漠鹽、S了基甲基氯化錠、N- 了基-N-甲基 化咯燒漠鹽、N-己基化晚四氣棚酸鹽中的一種或兩種W上的混合，優(yōu)選1- 了基-3-甲基咪 挫六氣磯酸鹽、1-己基-2, 3-二甲基咪挫六氣磯酸鹽、N-辛基化晚漠鹽或N-己基化晚四氣 棚酸鹽。
[0009] 所述氧化電壓優(yōu)選10?60V，更優(yōu)選15?60V。
[0010] 所述氧化時(shí)間優(yōu)選2?15h。
[0011] 各種常規(guī)鐵侶合金均可適用于本發(fā)明，較為優(yōu)選的，本發(fā)明所述的鐵侶合金為： Ti-IOAl、Ti-20A1、Ti-SOAl、Ti-90A1、Ti-70A1、Ti-SOAl或Ti-30A1，更優(yōu)選為Ti-70A1、 Ti-SOAl或Ti-30A1。
[0012] 所述氧化時(shí)電解液的溫度優(yōu)選25°C。
[0013] 所述含有體積分?jǐn)?shù)0. 5-5%離子液體和體積分?jǐn)?shù)0?15%水的己二醇溶液中，水 的體積分?jǐn)?shù)為0?15%，其中的0代表無(wú)限接近于0但不為0。
[0014] 所述電解液優(yōu)選為下列之一；含有體積分?jǐn)?shù)1. 5?5%離子液體的己二醇溶液、含 有體積分?jǐn)?shù)1. 5?5%和體積分?jǐn)?shù)1?15%水的離子液體的己二醇溶液。
[0015] 本發(fā)明所述打磨清洗后的鐵侶合金試樣一般將鐵侶合金試樣按照W下步驟進(jìn)行 打磨、清洗后得到：首先用砂紙將鐵侶合金試樣打磨至鏡面，然后用薩有無(wú)水己醇的脫脂棉 擦洗，在丙酬中超聲清洗后熱風(fēng)吹干，制得打磨清洗后的鐵侶合金試樣。該是本領(lǐng)域公知的 打磨、清洗方法。
[0016] 所用的砂紙優(yōu)選為60目鐵砂紙。
[0017] 本發(fā)明制得的陽(yáng)極氧化處理后的鐵侶合金具有良好的抗氧化性能，可用于鐵侶合 金抗高溫氧化。
[001引本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明解決了鐵侶合金高溫抗氧化性差的技術(shù)難題，使用 添加離子液體的己二醇溶液中陽(yáng)極氧化的方法，在鐵侶合金表面制備了一層富侶氧化膜。 本發(fā)明制備的陽(yáng)極氧化膜與基體結(jié)合力好，而且制備工藝簡(jiǎn)單、成本低、操作方便、效率高、 易于實(shí)現(xiàn)，在1000°c高溫氧化下具有良好的抗氧化性能。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1為未陽(yáng)極氧化處理試樣和陽(yáng)極氧化處理試樣在1000°C恒溫氧化時(shí)單位面積 的增重隨時(shí)間變化的的動(dòng)力學(xué)曲線圖，圖1中，曲線1為未經(jīng)陽(yáng)極氧化處理的試樣，曲線2 為含體積分?jǐn)?shù)為1. 5% 1- 了基-3-甲基咪挫六氣磯酸鹽的己二醇溶液中15V陽(yáng)極氧化化 的試樣。
[0020] 圖2為本發(fā)明中未陽(yáng)極氧化試樣和陽(yáng)極氧化處理試樣IOOCTC恒溫氧化10化后的 SEM圖。圖2中，a)圖為未經(jīng)陽(yáng)極氧化處理試樣，b)圖為含體積分?jǐn)?shù)為1. 5% 1-了基-3-甲 基咪挫六氣磯酸鹽的己二醇溶液中15V陽(yáng)極氧化化的試樣。
[0021] 圖3為陽(yáng)極氧化膜的輝光放電光譜圖（含體積分?jǐn)?shù)為1.5% 1-了基-3-甲基咪挫 六氣磯酸鹽的己二醇溶液中15V陽(yáng)極氧化化制備的試樣）。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面W具體實(shí)施例來(lái)對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限 于此。
[0023] 本發(fā)明實(shí)施例中鐵侶合金試樣先進(jìn)行打磨、清洗；首先用60目的鐵砂紙將鐵侶合 金試樣打磨至鏡面，然后用薩有無(wú)水己醇的脫脂棉擦洗，在丙酬中超聲清洗3min，最后用熱 風(fēng)吹干，制得打磨清洗后的鐵侶合金試樣。用于下列實(shí)施例中。
[0024] 并W此打磨清洗后的鐵侶合金試樣作為未陽(yáng)極氧化處理試樣，采用IOOCTC恒溫氧 化lOOh，其動(dòng)力學(xué)曲線如圖1中曲線1所示。10化的增重?cái)?shù)據(jù)如實(shí)施例1中表1所示。
[00巧]實(shí)施例1
[0026] 打磨清洗好的鐵侶合金試樣（Ti-SOAl)作為陽(yáng)極，石墨電極作為對(duì)電極，電極間 的間距2. 5cm采用恒壓模式陽(yáng)極氧化，使用的陽(yáng)極氧化電解液為含體積分?jǐn)?shù)為1.5%的 1-了基-3-甲基咪挫六氣磯酸鹽的己二醇溶液，電壓設(shè)置為15V，溫度使用水浴加熱控制在 25°C，陽(yáng)極氧化化后取出試樣用無(wú)水己醇超聲清洗3min，熱風(fēng)吹干。
[0027] 采用IOOCTC恒溫氧化10化后單位面積的增重來(lái)評(píng)估其高溫抗氧化性能，具體結(jié) 果如表1。
[002引表1未陽(yáng)極氧化處理和陽(yáng)極氧化試樣實(shí)驗(yàn)結(jié)果
[0029]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種添加離子液體的己二醇溶液中鐵侶合金陽(yáng)極氧化的方法，其特征在于所述方法 為： W打磨清洗后的鐵侶合金試樣作為陽(yáng)極，W石墨或銷片為對(duì)電極，在電解液中采用恒 壓模式陽(yáng)極氧化，所述電解液為下列之一；含有體積分?jǐn)?shù)0. 5-5%離子液體的己二醇溶液、 含有體積分?jǐn)?shù)0. 5-5%離子液體和體積分?jǐn)?shù)0?15%水的己二醇溶液為電解液，所述陽(yáng)極 和對(duì)電極的間距控制在1-lOcm，氧化電壓為2-60V，氧化時(shí)電解液的溫度為5-50°C，氧化時(shí) 間0. 5-15h ;陽(yáng)極氧化結(jié)束后取出氧化后試樣，用無(wú)水己醇超聲清洗、吹干，制得陽(yáng)極氧化 處理后的鐵侶合金。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的離子液體為1- 了基-3-甲基咪挫六氣 磯酸鹽、1-己基-2, 3-二甲基咪挫六氣磯酸鹽、N-辛基化晚漠鹽、N- 了基化晚漠鹽、S了基 甲基氯化錠、N-了基-N-甲基化咯燒漠鹽、N-己基化晚四氣棚酸鹽中的一種或兩種W上的 混合。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的離子液體為1- 了基-3-甲基咪挫六 氣磯酸鹽、1-己基-2, 3-二甲基咪挫六氣磯酸鹽、N-辛基化晚漠鹽或N-己基化晚四氣棚酸 丈h rm. 〇
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述氧化電壓為10?60V。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述氧化電壓為15?60V。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述氧化時(shí)間為2?15h。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述電解液為下列之一；含有體積分?jǐn)?shù) 1. 5?5%離子液體的己二醇溶液、含有體積分?jǐn)?shù)1. 5?5%和體積分?jǐn)?shù)1?15%水的離子 液體的己二醇溶液。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的鐵侶合金為；Ti-70A1、Ti-50A1或 Ti-30A1。
9. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述氧化時(shí)電解液的溫度為25°C。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種添加離子液體的乙二醇溶液中鈦鋁合金陽(yáng)極氧化的方法：以打磨清洗后的鈦鋁合金試樣作為陽(yáng)極，以石墨或鉑片為對(duì)電極，在電解液中采用恒壓模式陽(yáng)極氧化，電解液為：含有體積分?jǐn)?shù)0.5-5％離子液體的乙二醇溶液、含有體積分?jǐn)?shù)0.5-5％離子液體和體積分?jǐn)?shù)0～15％水的乙二醇溶液為電解液，陽(yáng)極和對(duì)電極的間距控制在1-10cm，氧化電壓為2-60V，電解液的溫度為5-50℃，氧化時(shí)間0.5-15h；陽(yáng)極氧化結(jié)束后取出氧化后試樣，清洗、吹干，制得陽(yáng)極氧化處理后的鈦鋁合金。本發(fā)明在鈦鋁合金表面制備了一層均勻的氧化膜，與基體結(jié)合力好，制備工藝簡(jiǎn)單、成本低、操作方便、效率高、易于實(shí)現(xiàn)，在1000℃高溫氧化下具有良好的抗氧化性能。
【IPC分類】C25D11-26, C25D11-06
【公開(kāi)號(hào)】CN104532323
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410797858
【發(fā)明人】曹華珍, 莫敏華, 林均品, 鄭國(guó)渠, 伍廉奎
【申請(qǐng)人】浙江工業(yè)大學(xué), 北京科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年12月19日