技术领域
[0001] 本发明涉及新材料技术领域，特别是涉及Al2O3/MXene复合陶瓷层及其制备方法和应用。
相关背景技术
[0002] 铝合金因其密度小，比强度高且导电性、导热性较好，在航天航空、船舶舰艇、装甲装备、电子设备等领域用途广泛。在自然条件下，铝合金表面能形成致密的钝化膜，起到一定的防护作用，但此钝化层的厚度不大，耐磨性也不高，在海洋等恶劣环境中，含盐量高，海水、海风侵蚀剧烈，温度、压力等环境因素严苛，铝合金表面的钝化膜容易破损，因此其在服役过程中，常出现零部件腐蚀、磨损等问题，严重影响铝合金设备的寿命。尽管研究者们已经尝试了多种方法以提高其抗腐蚀性和耐摩擦性，包括使用不同的合金元素、采用防腐涂料、或者通过热处理和其他表面处理技术来提高其性能。但这些方法都存在一些不足，例如：防腐涂料涂层容易在外力磨损作用下受到破坏，进而导致耐腐蚀性能下降和涂层失效；PVD技术等制备的涂层具有较好的耐磨损和耐腐蚀性能，但技术成本较高、且不便于处理复杂工件；离子渗透和热处理依赖高温条件，容易影响基材的整体性能等等。
具体实施方式
[0030] 为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
[0031] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
[0032] 来源：
[0033] 本实施例所用试剂、材料、设备如无特殊说明，均为市售来源；实验方法如无特殊说明，均为本领域的常规实验方法。
[0034] 实施例1
[0035] Al2O3/MXene复合陶瓷层及其制备方法。
[0036] 一种在铝合金表面微弧氧化制备Al2O3/MXene复合陶瓷层的方法，包括以下步骤：
[0037] S1、对6061系铝合金表面采用400#、800#、1200#、2000#的SiC砂纸进行逐级打磨，再用去离子水和无水乙醇进行清洗并烘干，干燥完毕后用样品袋进行密封保存；
[0038] S2、用去离子水配制电解液，电解液组分包括10g/L硅酸钠，15g/L六偏磷酸钠，2g/L氢氧化钠和0.1g/L MXene纳米颗粒。微弧氧化实验前将作为阴极的304不锈钢容器中的电解液800rad/min转速进行机械搅拌，搅拌持续30min；
[0039] S3、将S1中处理的铝合金基材在S2处理的电解液中进行微弧氧化处理得到掺杂MXene的复合陶瓷层。
[0040] 其中微弧氧化电源设置中，采用恒流模式，正向输出电流密度为7A/dm2，氧化时间15min，频率为400Hz，正向占空比为40％，电解液中转子的转速为200rad/min，电解液温度保持在10℃～50℃；制样完成后将样品取出用去离子水和乙醇进行清洗并烘干，干燥完毕后用样品袋进行密封保存；
[0041] 本实施例的相关性能数据如下：掺杂MXene的微弧氧化复合陶瓷层在3.5wt％氯化‑10 2钠溶液中浸泡120min后自腐蚀电流密度为10 A/cm，较基体铝合金下降了3个数量级。
[0042] 实施例2
[0043] Al2O3/MXene复合陶瓷层及其制备方法。
[0044] 一种在铝合金表面微弧氧化制备Al2O3/MXene复合陶瓷层的方法，包括以下步骤：
[0045] S1、对6061系铝合金表面采用400#、800#、1200#、2000#的SiC砂纸进行逐级打磨，再用去离子水和无水乙醇进行清洗并烘干，干燥完毕后用样品袋进行密封保存；
[0046] S2、用去离子水配制电解液，电解液组分包括10g/L硅酸钠，15g/L六偏磷酸钠，2g/L氢氧化钠和0.2g/L MXene纳米颗粒。微弧氧化实验前将作为阴极的304不锈钢容器中的电解液800rad/min转速进行机械搅拌，搅拌持续30min；
[0047] S3、将S1中处理的铝合金基材在S2处理的电解液中进行微弧氧化处理得到掺杂MXene的复合陶瓷层。
[0048] 其中微弧氧化电源设置中，采用恒流模式，正向输出电流密度为7A/dm2，氧化时间15min，频率为400Hz，正向占空比为40％，电解液中转子的转速为200rad/min，电解液温度保持在10℃～50℃；制样完成后将样品取出用去离子水和乙醇进行清洗并烘干，干燥完毕后用样品袋进行密封保存；
[0049] 本实施例的相关性能数据如下：掺杂MXene的微弧氧化复合陶瓷层在3.5wt％氯化‑10 2钠溶液中浸泡120min后自腐蚀电流密度为10 A/cm，较基体铝合金下降了3个数量级。
[0050] 实施例3
[0051] Al2O3/MXene复合陶瓷层及其制备方法。
[0052] 一种在铝合金表面微弧氧化制备Al2O3/MXene复合陶瓷层的方法，包括以下步骤：
[0053] S1、对7075系铝合金表面采用400#、800#、1200#、2000#的SiC砂纸进行逐级打磨，再用去离子水和无水乙醇进行清洗并烘干，干燥完毕后用样品袋进行密封保存；
[0054] S2、用去离子水配制电解液，电解液组分包括10g/L硅酸钠，15g/L六偏磷酸钠，2g/L氢氧化钠和0.1g/L MXene纳米颗粒。微弧氧化实验前将作为阴极的304不锈钢容器中的电解液800rad/min转速进行机械搅拌，搅拌持续30min；
[0055] S3、将S1中处理的铝合金基材在S2处理的电解液中进行微弧氧化处理得到掺杂MXene的复合陶瓷层。
[0056] 其中微弧氧化电源设置中，采用恒流模式，正向输出电流密度为7A/dm2，氧化时间15min，频率为400Hz，正向占空比为40％，电解液中转子的转速为200rad/min，电解液温度保持在10℃～50℃；制样完成后将样品取出用去离子水和乙醇进行清洗并烘干，干燥完毕后用样品袋进行密封保存；
[0057] 本实施例的相关性能数据如下：掺杂MXene的微弧氧化复合陶瓷层在3.5wt％氯化‑10 2钠溶液中浸泡120min后自腐蚀电流密度为10 A/cm，较基体铝合金下降了3个数量级。
[0058] 对比例1
[0059] 一种在铝合金表面微弧氧化制备Al2O3陶瓷层的方法，包括以下步骤：
[0060] S1、对6061系铝合金表面采用400#、800#、1200#、2000#的SiC砂纸进行逐级打磨，再用去离子水和无水乙醇进行清洗并烘干，干燥完毕后用样品袋进行密封保存；
[0061] S2、用去离子水配制电解液，电解液组分包括10g/L硅酸钠，15g/L六偏磷酸钠和2g/L氢氧化钠，不添加MXene纳米颗粒。微弧氧化实验前将作为阴极的304不锈钢容器中的电解液800rad/min转速进行机械搅拌，搅拌持续30min；
[0062] S3、将S1中处理的铝合金基材在S2处理的电解液中进行微弧氧化处理得到陶瓷层。
[0063] 其中微弧氧化电源设置中，采用恒流模式，正向输出电流密度为7A/dm2，氧化时间15min，频率为400Hz，正向占空比为40％，电解液中转子的转速为200rad/min，电解液温度保持在10℃～50℃；制样完成后将样品取出用去离子水和乙醇进行清洗并烘干，干燥完毕后用样品袋进行密封保存；
[0064] 本对比例的相关性能数据如下：微弧氧化陶瓷层在3.5wt％氯化钠溶液中浸泡‑8 2120min后自腐蚀电流密度为10 A/cm，较基体铝合金下降了1个数量级。
[0065] 实施例1、对比例1制备得到陶瓷层的性能如图2‑6所示。
[0066] 对比例2
[0067] 一种在铝合金表面微弧氧化制备Al2O3/SiO2复合陶瓷层的方法，包括以下步骤：
[0068] S1、对7075系铝合金表面采用400#、800#、1200#、2000#的SiC砂纸进行逐级打磨，再用去离子水和无水乙醇进行清洗并烘干，干燥完毕后用样品袋进行密封保存；
[0069] S2、用去离子水配制电解液，电解液组分包括10g/L硅酸钠，15g/L六偏磷酸钠，2g/L氢氧化钠和0.1g/L SiO2纳米颗粒。微弧氧化实验前将作为阴极的304不锈钢容器中的电解液800rad/min转速进行机械搅拌，搅拌持续30min；
[0070] S3、将S1中处理的铝合金基材在S2处理的电解液中进行微弧氧化处理得到掺杂SiO2纳米颗粒的复合陶瓷层。
[0071] 其中微弧氧化电源设置中，采用恒流模式，正向输出电流密度为7A/dm2，氧化时间15min，频率为400Hz，正向占空比为40％，电解液中转子的转速为200rad/min，电解液温度保持在10℃～50℃；制样完成后将样品取出用去离子水和乙醇进行清洗并烘干，干燥完毕后用样品袋进行密封保存；
[0072] 本对比例的相关性能数据如下：掺杂SiO2纳米颗粒的微弧氧化复合陶瓷层在‑10 23.5wt％氯化钠溶液中浸泡120min后自腐蚀电流密度为10 A/cm，较基体铝合金下降了2个数量级。
[0073] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0074] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
