本發(fā)明涉及合金表面改性，尤其涉及一種銅合金表面激光預處理原位制備微弧氧化陶瓷層的方法。

背景技術：

1、銅合金因其卓越的強度、電導率，廣泛應用于電子、電力、航母及艦船、交通、機械、航空航天和國防等多個工業(yè)領域。然而，銅合金的硬度、耐磨性和抗高溫氧化性不足，因此需要對其表面進行改性處理，以確保銅合金在特殊領域應用且具有較高的使用壽命。目前，表面改性的常用方法包括離子注入法、陽極氧化處理法、熱噴涂法、電鍍法和化學鍍等。微弧氧化技術，作為一種在閥金屬(al、mg、ti等)及其合金表面原位生長陶瓷層的表面改性技術，主要是利用火花放電作用在合金表面生成陶瓷層，該陶瓷層與基體的結合力很強，并且具有很好的耐蝕性、耐磨性、耐熱沖擊等優(yōu)異性能，兼具工藝簡單、效率高、無污染等優(yōu)點，逐漸成為閥金屬及其合金常用的表面處理方法。

2、然而，微弧氧化技術通常被認為不適用一些非閥金屬，比如鋼、鎳、銅及其合金，因為不易建立穩(wěn)定的等離子體放電。因此，研究人員通常采用熱浸鋁、熱噴涂、離子鍍等技術在非閥金屬表面涂覆鋁層，再進行微弧氧化，從而在非閥金屬表面生成微弧氧化膜層(本質為在鋁表面生成陶瓷層)。但該方法仍存在以下缺陷：對鋁鍍層的表面質量要求較高，工藝上難以滿足要求；鍍鋁層與陶瓷層的結合性較差；制備步驟復雜，操作困難。

3、此外，有研究提供了一種適用于銅及其合金的微弧氧化表面處理方法及其制品，在特定電解液下和電參數(shù)下，一次性制備銅合金微弧氧化陶瓷層。但該方法需要在特定電極液和電參數(shù)下進行微弧氧化，過程中需要較大能量，易產(chǎn)生刺耳的爆鳴聲同時電解液飛濺，對操作人員產(chǎn)生較大安全隱患，而在使用較低壓下制備時，又會導致微弧氧化膜層放電不完全，生成的陶瓷層性能較差。還有研究公開了一種銅及其合金的表面微弧氧化-高溫氧化方法，通過對機械打磨后的銅合金試件進行微弧氧化處理制備陶瓷層，再對微弧氧化后的試件表面進行高溫氧化處理提高陶瓷層的附著力。但該方法也需要在高壓650v-750v下進行，需要較大能量，且在進行高溫氧化處理時，銅合金基體容易受到氧元素的侵蝕，使基體的抗高溫氧化性能下降，同時高溫氧化生成的cuo、cu2o存在疏松易脫落的問題。

4、因此，需要一種新的能夠在銅合金表面原位制備微弧氧化陶瓷層的方法，從而提高銅合金的抗高溫氧化性能。

技術實現(xiàn)思路

1、鑒于此，本發(fā)明提供一種銅合金表面激光預處理原位制備微弧氧化陶瓷層的方法，該方法能夠在較低電壓下實現(xiàn)放電擊穿，降低了能耗，減少了爆鳴聲和飛濺，具有更高的安全性；按照該方法制得的微弧氧化陶瓷層抗高溫氧化性優(yōu)良、孔隙直徑小、致密度高。

2、為解決以上技術問題，本發(fā)明的第一方面提供一種銅合金表面激光預處理原位制備微弧氧化陶瓷層的方法，步驟包括：

3、s1、工件預處理：對擬處理的銅合金工件表面進行打磨、拋光、清洗、干燥處理，得工件試樣；

4、s2、激光預處理：采用脈沖激光掃描所述工件試樣表面，獲得表面具有均勻氧化層的激光工件，其中，脈沖激光功率為600-1000w，占空比為10％-50％；

5、s3、微弧氧化陶瓷層制備：以所述激光工件作陽極進行微弧氧化處理，在所述激光工件表面獲得陶瓷氧化膜；其中，所述微弧氧化處理采用恒流控制，控制陽極電流密度為1-20a/cm2，占空比為5％-40％，頻率為50-2000hz，微弧氧化處理所用的電解液為naalo2、nah2po4和naf的混合水溶液。

6、本發(fā)明提供的銅合金表面激光預處理原位制備微弧氧化陶瓷層的方法，在進行微弧氧化處理之前，先采用脈沖激光對銅合金工件表面進行掃描，使銅合金的工件表面生成粗糙度可調(diào)的均勻的氧化層，且不會影響銅合金的基體性能，從而保證微弧氧化處理銅合金表面時能夠在較低電壓下達到放電擊穿，降低制備所需的能量，同時降低爆鳴聲和飛濺，提高安全性；同時，脈沖激光掃描生成的氧化層還會促使銅合金微弧氧化放電區(qū)域放電更完全，進而制備出抗高溫氧化性優(yōu)良、孔隙直徑小、致密度高的微弧氧化陶瓷層。此外，本發(fā)明在電解液中引入了naf，溶液中的f-離子與naalo2中的al3+離子形成[alf6]3-配合物，al3+離子與nah2po4溶解的h2po4-發(fā)生反應生成al(po4)，平衡了電解液中al(po4)的濃度，生成均勻的al(po4)絕緣層，進而使微弧放電面積增大。

7、優(yōu)選地，在微弧氧化處理中，采用的恒流電流為2～4a，陽極電流密度為1～2a/cm2，占空比為20％～30％，頻率為500～2000hz。

8、示例性地，在微弧氧化處理中，采用的恒流電流為2～3a，陽極電流密度為1～1.5a/cm2，占空比為20％～30％，頻率為500～1000hz。

9、示例性地，在微弧氧化處理中，采用的恒流電流為3～4a，陽極電流密度為1.5～2a/cm2，占空比為20％～30％，頻率為1000～2000hz。

10、結合第一方面，步驟s1中，依次使用目數(shù)逐漸增大的砂紙對所述工件進行打磨處理，再使用拋光機進行拋光處理，使用丙酮和水的混合溶液進行超聲清洗，烘干備用。使用丙酮和水的混合溶液進行超聲清洗可洗掉合金表面的油污和雜質。

11、優(yōu)選地，可依次采用400#，800#，1000#，1200#，1500#和2000#的sic砂紙進行打磨處理。

12、結合第一方面，所述激光預處理步驟中，所述脈沖激光頻率為50-2000khz，掃描速度為10-150mm/s。

13、優(yōu)選地，所述脈沖激光功率為700w，占空比為20％，頻率為1000khz，掃描速度為150mm/s。

14、結合第一方面，在使用脈沖激光掃描所述工件試樣表面時，在大氣或氧氣氣氛下進行。通過調(diào)節(jié)通入氣體的濃度，調(diào)節(jié)氧化層的氧化物密度，進而實現(xiàn)對微弧氧化陶瓷層致密度的調(diào)節(jié)。

15、結合第一方面，所述均勻氧化層的粗糙度ra為0.2-3μm。

16、結合第一方面，所述微弧氧化處理的時長為5-60min，優(yōu)選為20min。

17、結合第一方面，在制備微弧氧化陶瓷層時，電源的終止電壓為450-560v。

18、結合第一方面，所述電解液中，naalo2的濃度為5-20g/l，nah2po4的濃度為2-8g/l，naf的濃度為0.5-3g/l。

19、優(yōu)選地，所述電解液中，naalo2的濃度為8～15g/l，nah2po4的濃度為2～4g/l，naf的濃度為0.5～1.5g/l。

20、示例性地，所述電解液中，naalo2的濃度為8～10g/l，nah2po4的濃度為2～3g/l，naf的濃度為0.5～1g/l。

21、示例性地，所述電解液中，naalo2的濃度為10～15g/l，nah2po4的濃度為3～4g/l，naf的濃度為1～1.5g/l。

22、結合第一方面，所述銅合金包括cu-cr-zr合金、cu-zn合金和/或cu-w合金。

23、本發(fā)明的第二方面提供一種非閥金屬合金，采用以上的銅合金表面激光預處理原位制備微弧氧化陶瓷層的方法制得。

24、本發(fā)明獲得的有益效果：本發(fā)明提供的銅合金表面激光預處理原位制備微弧氧化陶瓷層的方法降低了微弧氧化處理過程中的電壓，從而有效降低了制備過程中的爆鳴聲和飛濺現(xiàn)象。而且，按照該方法制得的銅合金基體陶瓷層具有優(yōu)良的抗高溫氧化性能，在600℃下持續(xù)高溫氧化20h的質量損失小于30mg/cm2。