背景技術
氧化鋁陶瓷具有耐高溫、耐磨損、電絕緣、抗氧化、耐腐蝕、機械強度高等特點，以其出色的物理化學性能和結構穩定性在國防、建筑、化工、冶煉等眾多領域有著廣泛的應用需求。但是氧化鋁陶瓷材料是一種微觀以共價鍵和離子鍵結合的材料，因為結合價鍵的方向性使得該種材料具有高脆性和低韌性的缺點，在極低的應變值下即發生斷裂，這大大限制了陶瓷材料的廣泛應用。尤其是隨著航空航天事業的高速發展，對于可在復雜環境下穩定工作的韌性陶瓷的需求急劇提高。
目前制備氧化鋁陶瓷膜的方法有溶膠-凝膠法、固態粒子燒結法、化學氣相沉積和物理氣相沉積等方法。這些方法制備的陶瓷膜層都需要在較高溫度下完成，例如溶膠-凝膠法是通過水解與縮聚過程形成凝膠膜，然后經過干燥和高溫煅燒得到所需的氧化鋁膜；固態粒子燒結法是通過將粉體材料進行干壓或注漿成型，然后高溫燒結，使粒子之間接觸處燒結而相互連接在一起；化學氣相沉積是在遠高于熱力學計算臨界反應溫度條件下進行，反應產物的蒸氣形成很高的過飽和蒸氣壓，然后自動凝聚形成大量的晶核，晶核聚集并沉淀吸附在基體材料上即可得到陶瓷膜；物理氣相沉積法是在真空條件下將材料源蒸發或電離，然后沉積在基體表面形成陶瓷膜。這些方法制備的膜層必須在高溫下才能形成良好的結晶態，而許多襯底是低熔點材料，限制了熱處理溫度不能太高，這導致許多膜層結晶度不高，晶粒之間結合力低，晶粒之間存在許多缺陷，很容易成為應力集中點。所以，盡管這些制備方法被廣泛應用于氧化鋁陶瓷膜的制備，但是制備的膜層脆性大、韌性低，應變值低于1%、加工面積小、制備工藝復雜。
液相等離子體沉積技術，是一種通過在金屬基體表面發生等離子體放電燒結進行氧化物陶瓷沉積的方法。該技術通過在樣品表面施加400-600V的高壓，使基體和電解液發生等離子體電解，在膜層表面同時存在基金陽離子、02、02+、OH、Ha、He、電解液離子等，在氣-液-固-介電體多相體系中，發生化學反應，膜層局部發生融解；因為整個體系處于室溫溫度的電解質溶液中，融解的氧化物馬上又被冷卻、凝固，這種相變過程在膜層生長的過程中反復發生，因此電解質溶液對膜層的性能起著重要作用。液相等離子體膜層的質量主要是通過液相等離子體放電火花控制，因此采用火花調控劑可以實現對等離子放電火花密度、持續時間以及溫度等進行調控，進而得到目標性產物。
發明內容
本發明是要解決現有方法制備的氧化鋁陶瓷膜的膜層韌性低，應變值低于1%、力口工面積小以及工藝復雜的問題，提供了一種韌性氧化鋁陶瓷膜的制備方法。
本發明一種韌性氧化鋁陶瓷膜的制備方法，是通過以下步驟進行：一、配制弱堿性電解液，弱堿性電解液是由堿性調節劑和火花調控劑組成；二、將鋁合金置于盛有步驟一配制的弱堿性電解液的槽體中，其中陽極為鋁合金，對陰極為不銹鋼或石墨材料，然后用液相等離子體氧化電源，在電流密度為O.02〜O.14A/cm2條件下氧化1〜12m1n;三、將經過步驟三處理后的鋁合金進行沖洗后進行干燥，即可得到韌性氧化鋁陶瓷膜；其中步驟一中的火花調控劑為稀土鹽；弱堿性電解液中堿性調節劑的終濃度為1〜30g/L，火花調控劑的終濃度為1〜20g/L。
本發明以稀土鹽為火花調控劑，稀土鹽在中溫下即可形成稀土氧化物，這些稀土氧化物很容易處于熔融狀態并能夠填補燒結膜層中的缺陷和裂紋，使膜層整體結構均勻。因為火花放電與結構相互依賴和影響，均勻膜層使得其被高電壓擊穿點均勻分布在膜層表面，從而使的等離子體放電較未添加時火花均勻，致密膜層使得火花持續時間延長，因此稀土鹽使等離子體放電火花均勻，持續時間延長。此外，稀土鹽還可以抑制膜層中的晶粒生長，使晶粒處于納米尺度。膜層缺陷少、納米尺度晶粒、質量均勻使得膜層應力集中點大大降低，進而具有了高韌性。本發明制備的氧化鋁膜層厚度可調，韌性高，應變量可以到3%。本發明的制備過程簡單、快捷，最長不超過12m1n，并且可大面積加工，加工面積可到幾個平方米。