專利名稱：一種制備金屬基復(fù)合材料表面的稀土耐蝕膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬基復(fù)合材料表面的耐蝕膜的制備方法。
技術(shù)背景金屬基復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度、比模量、耐高溫、熱膨脹系數(shù)小等優(yōu)良力 學(xué)及物理性能，作為新型材料近年來得到迅猛發(fā)展。金屬基復(fù)合材料的力學(xué)性 能一般比基體金屬高，熱膨脹系數(shù)比基體金屬小、導(dǎo)熱率較高、以及所有性能 均可在一定范圍內(nèi)進(jìn)行設(shè)計(jì)等特點(diǎn)，并具有一定的二次加工性能，隨著這種材 料應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，對(duì)金屬基復(fù)合材料的耐蝕性能方面的要求也越來越高。目 前提高金屬基復(fù)合材料耐蝕性的方法中最普遍應(yīng)用的是在其表面制備耐蝕膜， 主要包括陽極氧化法、化學(xué)轉(zhuǎn)化膜法。陽極氧化法需利用材料表面的導(dǎo)電性形 成膜層，而金屬基復(fù)合材料由于增強(qiáng)體存在，會(huì)因基體與增強(qiáng)體導(dǎo)電性不同而導(dǎo)致復(fù)合材料表面膜層不夠均勻；化學(xué)轉(zhuǎn)化膜在復(fù)合材料表面成膜是遵循"微 陰極成膜機(jī)理"的規(guī)律，其成膜過程需利用材料表面不均勻性(形成微陰極和 微陽極)，膜層也必然不均勻。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為了解決現(xiàn)有方法制備的金屬基復(fù)合材料表面耐蝕膜不均勻的問 題，而提供一種制備金屬基復(fù)合材料表面的稀土耐蝕膜的方法。本發(fā)明的金屬基復(fù)合材料表面的稀土耐蝕膜按以下步驟進(jìn)行制備 一、金 屬基復(fù)合材料的預(yù)處理將金屬基復(fù)合材料的表面進(jìn)行除塵、除油、拋光、洗 凈后備用；二、配制溶膠將溶膠稀土鹽溶于溶劑中，形成濃度為10~30g/L 稀土鹽溶膠，將預(yù)處理過的金屬基復(fù)合材料放入稀土鹽溶膠中浸泡20~40分 鐘；三、將金屬基復(fù)合材料從稀土鹽溶膠中取出，在空氣中自然晾干后，在 200 50(TC的條件下使溶膠分解、縮聚反應(yīng)20 60分鐘，形成凝膠膜層沉積在 金屬基復(fù)合材料表面；即得到金屬基復(fù)合材料表面稀土耐蝕膜。本發(fā)明的步驟二中的溶劑為乙醇、異丙醇、丙三醇或水；溶劑為水時(shí)，還 要在稀土鹽溶膠中加入檸檬酸作為絡(luò)合劑促使在水介質(zhì)中形成溶膠，檸檬酸在 稀土鹽溶膠中的濃度為40 60g/L，并用氫氧化銨溶液調(diào)節(jié)水溶液的pH值為 6~8。本發(fā)明中的溶膠稀土鹽為硝酸鈰、硝酸鑭、硝酸釔、氯化鈰、氯化鑭中一 種或其中幾種的組合。本發(fā)明還可以在步驟二的稀土鹽溶膠中添加火棉膠和/或正硅酸乙酯；火 棉膠在稀土鹽溶膠中的濃度為30 90g/L，正硅酸乙酯在稀土鹽溶膠中的濃度 為8 12g/L;火棉膠能促進(jìn)溶膠的形成，正硅酸乙酯能夠調(diào)節(jié)溶膠成分，使最 終膜層成分同時(shí)含有稀土和硅等元素，以改善膜層成分。本發(fā)明中對(duì)金屬基復(fù)合材料的表面的除塵、除油、拋光和洗凈采用常規(guī)方 法。本發(fā)明提供了一種溶膠凝膠膜層制備方法，本方法是針對(duì)金屬基復(fù)合材料 的多相表面特征而提出的，兼顧了金屬基體和增強(qiáng)體不同的表面性質(zhì)，使二者 表面均有稀土膜層分布，從而提高金屬基復(fù)合材料耐腐蝕的目的。本發(fā)明可以 用于在多種不同的金屬基復(fù)合材料表面形成富含稀土元素的溶膠凝膠膜，膜層 制備簡(jiǎn)便，設(shè)備要求低，成膜均勻。本發(fā)明適用于多種金屬基復(fù)合材料，所述 的金屬基復(fù)合材料基體是三維連續(xù)的，增強(qiáng)體在金屬基體中彌散分布或連續(xù)分 布均可，金屬基復(fù)合材料基體可由鋁、鎂及其合金等組成，增強(qiáng)體可由硅的碳 化物或氮化物、鋁的氧化物或氮化物、金屬硼化物、以及碳化硅、氧化鋁纖維 或碳化硅纖維等組成。


圖1碳纖維增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料，圖2為有稀土鈰溶膠-凝膠耐蝕膜層覆 蓋的碳纖維增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式的金屬基復(fù)合材料表面稀土耐蝕膜按如下步 驟進(jìn)行制備 一、金屬基復(fù)合材料的預(yù)處理將金屬基復(fù)合材料的表面進(jìn)行除 塵、除油、拋光、洗凈后備用；二、配制溶膠將溶膠稀土鹽溶于溶劑中，形 成濃度為10~30g/L稀土鹽溶膠，將預(yù)處理過的金屬基復(fù)合材料放入稀土鹽溶 膠中浸泡20 40分鐘；三、將金屬基復(fù)合材料從稀土鹽溶膠中取出，在空氣中 自然晾干后，在200 500。C的條件下使溶膠分解、縮聚反應(yīng)20 60分鐘，形成 凝膠膜層沉積在金屬基復(fù)合材料表面；即得到金屬基復(fù)合材料表面稀土耐蝕 膜。本實(shí)施方式適用于多種金屬基復(fù)合材料制備表面的稀土耐蝕膜。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是步驟二中的溶劑為乙醇、異丙醇、丙三醇或水。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
二的不同點(diǎn)是步驟二中溶劑為水時(shí)，還要在稀土鹽溶膠中加入檸檬酸，檸檬酸在稀土鹽溶膠中的濃度為40~60g/L,并用氫氧化銨溶液調(diào)節(jié)稀土鹽溶膠的pH值為6~8。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
二相同。具體實(shí)摔方式四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是步驟二中的 溶膠稀土鹽為硝酸鈰、硝酸鑭、硝酸釔、氯化鈰、氯化鑭中一種或其中幾種的 組合。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。本實(shí)施方式中溶膠稀土鹽為兩種或兩種以上物質(zhì)組成時(shí)按任意比例混合。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是步驟二中還 在稀土鹽溶膠中添加火棉膠和/或正硅酸乙酯；火棉膠在稀土鹽溶膠中的濃度 為30 90g/L,正硅酸乙酯在稀土鹽溶膠中的濃度為8 12g/L。其它步驟及參數(shù) 與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是步驟二中還 在稀土鹽溶膠中添加火棉膠和/或正硅酸乙酯；火棉膠在稀土鹽溶膠中的濃度 為60g/L，正硅酸乙酯在稀土鹽溶膠中的濃度為10g/L。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是步驟三中在 240 460'C的條件下使溶膠分解、縮聚反應(yīng)25 55分鐘。其它步驟及參數(shù)與具 體實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是步驟三中在 280 42(TC的條件下使溶膠分解、縮聚反應(yīng)30 50分鐘。其它步驟及參數(shù)與具 體實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是步驟三中在 3M 38(TC的條件下使溶膠分解、縮聚反應(yīng)35 45分鐘。其它步驟及參數(shù)與具 體實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是步驟三中在35(TC的條件下使溶膠分解、縮聚反應(yīng)40分鐘。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。'具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是步驟二中將溶膠稀土鹽溶液溶于溶劑中，形成濃度為15~25g/L稀土鹽溶膠，將預(yù)處理過 的金屬基復(fù)合材料放入稀土鹽溶膠中浸泡24~36分鐘。其它步驟及參數(shù)與具體 實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式
十一本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是步驟二中 步驟二中將溶膠稀土鹽溶液溶于溶劑中，形成濃度為18~22g/L稀土鹽溶膠， 將預(yù)處理過的金屬基復(fù)合材料放入稀土鹽溶膠中浸泡28~32分鐘。其它步驟及 參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
十二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是步驟二中 將溶膠稀土鹽溶液溶于溶劑中，形成濃度為20g/L稀土鹽溶膠，將預(yù)處理過的 金屬基復(fù)合材料放入稀土鹽溶膠中浸泡30分鐘。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施 方式一相同。
具體實(shí)施方式
十三本實(shí)施方式的金屬基復(fù)合材料表面稀土耐蝕膜按如下 步驟進(jìn)行制備 一、碳纖維增強(qiáng)體鋁基復(fù)合材料的預(yù)處理將碳纖維增強(qiáng)體鋁 基復(fù)合材料的表面進(jìn)行除塵、除油、拋光、洗凈后備用；二、配制溶膠將硝 酸鈰溶于乙醇中，形成濃度為20g/L硝酸鈰溶膠，在硝酸鈰溶膠中添加火棉膠， 火棉膠在硝酸鈰溶膠中的濃度為60g/L，將預(yù)處理過的碳纖維增強(qiáng)體鋁基復(fù)合材料放入硝酸鈰溶膠中浸泡30分鐘；三、將碳纖維增強(qiáng)體鋁基復(fù)合材料從溶膠中取出，在空氣中自然晾干后，在200。C的條件下使溶膠分解、縮聚反應(yīng)30分鐘，形成凝膠膜層沉積在金屬基復(fù)合材料表面；即得到碳纖維增強(qiáng)體鋁基復(fù)合材料表面稀土耐蝕膜。說明書附圖中的圖1是沒有膜層的碳纖維增強(qiáng)體鋁基復(fù)合材料，圖2是圖 1的材料表面的稀土鈰溶膠-凝膠耐蝕膜，通過圖1和圖2對(duì)比看出本實(shí)施方式 制得的金屬基復(fù)合材料表面稀土耐蝕膜膜層均勻的分布在金屬基體上和增強(qiáng)體上。_
權(quán)利要求
1、一種制備金屬基復(fù)合材料表面的稀土耐蝕膜的方法，其特征在于金屬基復(fù)合材料表面的稀土耐蝕膜按如下步驟進(jìn)行制備一、金屬基復(fù)合材料的預(yù)處理將金屬基復(fù)合材料的表面進(jìn)行除塵、除油、拋光、洗凈后備用；二、配制溶膠將溶膠稀土鹽溶于溶劑中，形成濃度為10～30g/L稀土鹽溶膠，將預(yù)處理過的金屬基復(fù)合材料放入稀土鹽溶膠中浸泡20～40分鐘；三、將金屬基復(fù)合材料從稀土鹽溶膠中取出，在空氣中自然晾干后，在200～500℃的條件下使溶膠分解、縮聚反應(yīng)20～60分鐘，形成凝膠膜層沉積在金屬基復(fù)合材料表面；即得到金屬基復(fù)合材料表面稀土耐蝕膜。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備金屬基復(fù)合材料表面的稀土耐蝕膜的 方法，其特征在于步驟二中的溶劑為乙醇、異丙醇、丙三醇或水。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制備金屬基復(fù)合材料表面的稀土耐蝕膜的 方法，其特征在于步驟二中溶劑為水時(shí)，還要在稀土鹽溶膠中加入檸檬酸，檸 檬酸在稀土鹽溶膠中的濃度為40 60g/L，并用氫氧化銨溶液調(diào)節(jié)稀土鹽溶膠 的pH值為6~8。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備金屬基復(fù)合材料表面的稀土耐蝕膜的 方法，其特征在于步驟二中的溶膠稀土鹽為硝酸鈰、硝酸鑭、硝酸釔、氯化鈰、 氯化鑭中一種或幾種的組合。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備金屬基復(fù)合材料表面的稀土耐蝕膜的 方法，其特征在于步驟三中在240 460。C的條件下使溶膠分解、縮聚反應(yīng)25 55 分鐘。 ，
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備金屬基復(fù)合材料表面的稀土耐蝕膜的 方法，其特征在于步驟三中在320 380。C的條件下使溶膠分解、縮聚反應(yīng)35 45 分鐘。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備金屬基復(fù)合材料表面的稀土耐蝕膜的 方法，其特征在于步驟三中在35(TC的條件下使溶膠分解、縮聚反應(yīng)40分鐘。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備金屬基復(fù)合材料表面的稀土耐蝕膜的 方法，其特征在于步驟二中將溶膠稀土鹽溶于溶劑中，形成濃度為15~25g/L 稀土鹽溶膠，將預(yù)處理過的金屬基復(fù)合材料放入稀土鹽溶膠中浸泡24 36分 鐘。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備金屬基復(fù)合材料表面的稀土耐蝕膜的 方法，其特征在于步驟二中還在稀土鹽溶膠中添加火棉膠和/或正硅酸乙酯； 火棉膠在稀土鹽溶膠中的濃度為30 90g/L，正硅酸乙酯在稀土鹽溶膠中的濃 度為8 12g/L。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備金屬基復(fù)合材料表面的稀土耐蝕膜的 方法，其特征在于步驟二中將溶膠稀土鹽溶于溶劑中，形成濃度為20g/L稀土 鹽溶膠，將預(yù)處理過的金屬基復(fù)合材料放入稀土鹽溶膠中浸泡30分鐘。
全文摘要
一種制備金屬基復(fù)合材料表面的稀土耐蝕膜的方法，它涉及金屬基復(fù)合材料表面的耐蝕膜的制備方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有方法制備的金屬基復(fù)合材料表面耐蝕膜不均勻的問題。本發(fā)明的金屬基復(fù)合材料表面的稀土耐蝕膜按以下步驟進(jìn)行制備1.金屬基復(fù)合材料的預(yù)處理；2.配制溶膠、浸泡；3.溶膠分解、縮聚；即得到金屬基復(fù)合材料表面稀土耐蝕膜。本發(fā)明制得的膜層均勻，金屬基復(fù)合材料的增強(qiáng)體和基體上均有稀土膜層分布。
文檔編號(hào)C23F15/00GK101161869SQ20071014466
公開日2008年4月16日 申請(qǐng)日期2007年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月23日
發(fā)明者強(qiáng) 張, 曾菊琴, 武高輝, 王春雨 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)