抗腐蚀和抗磨损的处理方法与流程

本发明涉及一种对铝或铝合金基材进行抗腐蚀和抗磨损处理的方法。本发明还涉及一种机械部件，包括由这样的处理方式获得的涂层，以及包括这种部件的涡轮发动机和起落装置。

这种方法特别是在航空领域非常有用，用来保护同时会腐蚀并磨损的飞机或者直升机的某些机械部件。

发明背景

在涡轮发动机中，特别是直升机的涡轮发动机中，某些由铝或铝合金制成的部件同时会受腐蚀限制和磨损限制。例如，进油调节系统的某些部件需要相对其它部件滑动，从而产生摩擦；此外，燃油的重复通过会导致这些部件的侵蚀：这些摩擦和/或侵蚀区域因此需要处理以特别抗磨损。此外，这些相同的部件也会接触外部媒介，所述外部媒介可能是腐蚀性的，特别是在湿气存在下，更特别是在盐条件下，特别是当靠近海边时：因此这些部件需要对所有不进行抗磨损处理的区域进行抗腐蚀处理。

为了提供这样的保护，已知的方式中第一步是在该部件上执行铬阳极氧化以提供抗腐蚀保护，然后第二步是在待进行抗磨损处理的区域上实施硬质阳极氧化。

然而，用于实施铬阳极氧化的镀浴包括某些危险成分，特别是VI铬，其将很快被REACH法规所禁止。

在这样的情况下，设计为符合REACH法规的另一种方法寻求采用硫酸阳极氧化步骤来替代铬阳极氧化步骤。

然而，该硬质阳极氧化浴能够降解以这种方式形成的氧化层，因此它需要实施蜡掩膜中间步骤，以保护要保存的抗腐蚀氧化层区域。这还要在硬质阳极氧化之后增加最终从该部件去除蜡的步骤，以获得最终的部件。这些增加的步骤是冗长的、昂贵的、困难的，因此降低了方法的整体效率和益处。

因此，真正需要一种对铝或铝合金基材进行抗腐蚀和抗磨损处理的方法，而不会或者至少某种程度上不会有上述已知方法所固有的缺陷。

发明概述

本发明公开了一种对铝或铝合金基材进行抗腐蚀和抗磨损处理的方法，该方法包括在基材上施加以下步骤，形成溶胶-凝胶层的溶胶-凝胶处理步骤；在溶胶-凝胶处理步骤之后，形成硬质氧化层的硬质氧化步骤。

在本发明中，术语“层”是指由本发明的抗腐蚀和抗磨损处理方法获得的涂层中的给定组成的区域：它可以是沉积在基材上的层，或者最初始基层的厚度中形成的层，如，通过氧化该基材。

此外，在本发明中，层不必是堆积在另一层上的，一些层可以相对于另一些层并列，而不是重叠。特别的是，可以提供该硬质氧化层以邻接该溶胶-凝胶层，而不会覆盖住该溶胶-凝胶层。

通过这种使用溶胶-凝胶处理的方法，可以非常容易地获得铝或铝合金制成的机械部件的涂层，该涂层表现出主要由溶胶-凝胶提供的非常好的抗腐蚀性能，以及主要通过硬质氧化提供的非常好的抗磨损性能。

目前在玻璃质材料领域中已知的溶胶-凝胶处理仅仅通过在溶液中聚合分子前体而不必经过熔化步骤就可获得玻璃质材料。这种处理非常适于合成复合有机/无机玻璃。这种有机/无机化学组成以及溶胶-凝胶层的强原子间键为溶胶-凝胶层提供了对抗外部环境的非常好的屏蔽特性并因此提供了非常强的抗腐蚀性能，从而使得该机械部件均能够抗大气腐蚀，例如包括在海洋以及因此的盐条件下。

此外，这种屏蔽作用使得它不会在硬质氧化过程中降解，这常常发生在腐蚀浴中：在这样的环境下，该涂层的抗腐蚀性能会保留，即使是延长浸渍在硬质氧化浴中。

由于在溶胶-凝胶中含有较高含量有机化合物，该溶胶-凝胶也是电绝缘的：在这样的环境下，在硬质氧化过程中所用的电流不会通过该溶胶-凝胶层，从而避免该层的降解并且避免在该层下的基材上发生不期望的氧化。因此该溶胶-凝胶层自然地形成掩膜，保护基材不受硬质氧化：在这种方式中，仅仅那些没有经溶胶-凝胶处理的区域或者那些已经去除溶胶-凝胶层的区域会受硬质氧化的影响。这就很容易界定出要进行抗磨损处理的层。

此外，广泛存在的溶胶-凝胶使得可以选择那些可提供最好期望性能并且最符合健康和环境限制例如REACN法规的溶胶-凝胶成为可能。

进一步，可以快速且容易地实施溶胶-凝胶处理。特别是，该步骤可以简单地插入到已有的生产线中，并且比传统的铬的阳极氧化步骤更快。此外，这种方法容易实施，包括对那些处理区域难于进入的部件。

在某些实施方式中，该硬质氧化步骤是硬质阳极氧化(HAO)。使用溶胶-凝胶处理在这样的实施方式中是特别有利的，因为溶胶-凝胶具有好的耐酸性，能够抵抗硬质阳极氧化的酸浴。

在其它实施方式中，该硬质阳极氧化步骤是微弧硬质氧化。优选该步骤在碱浴中进行。

在某些实施方式中，该方法还包括附加的氧化步骤，在溶胶-凝胶处理步骤之前，以形成附加的氧化层。这样的氧化层与溶胶-凝胶层的双层保护加强了涂层的抗腐蚀性。进一步，该溶胶-凝胶层保护附加的氧化层以抵抗硬质氧化浴，从而防止该层降解。

在某些实施方式中，该附加氧化步骤是硫酸阳极氧化(SAO)，羟基丙二酸-硫酸阳极氧化，或者磷酸阳极氧化。

在某些实施方式中，该溶胶-凝胶处理步骤发生在附加的氧化层上，无需充填至该层的在先步骤。该充填步骤不是必需的，因为溶胶-凝胶自身会充填到附加氧化层厚度的部分或全部孔中。

在某些实施方式中，在溶胶-凝胶处理步骤中，该溶胶-凝胶渗透到该附加的氧化层的孔中。这也会加强溶胶-凝胶层在附加的氧化层上的粘附。

在某些实施方式中，该溶胶-凝胶处理步骤包括溶胶-凝胶沉积的分步骤和溶胶-凝胶烘焙的分步骤。烘焙会使溶胶-凝胶固化。

在某些实施方式中，通过将基材浸入到溶胶-凝胶浴中实施该溶胶-凝胶沉积分步骤。

在其它实施方式中，通过在基材上喷洒溶胶-凝胶实施该溶胶-凝胶沉积分步骤。

在某些实施方式中，焙烘分步骤是在100-200℃进行，优选130-150℃。

在某些实施方式中，焙烘分步骤会持续40分钟(min)至60分钟。

在某些实施方式中，所用的溶胶-凝胶中至少一部分包括环氧丙氧基丙基-三甲氧基硅烷。

在某些实施方式中，所用的溶胶-凝胶中至少一部分是ICS出售的IC23.5(注册商标)。这种溶胶-凝胶特别适合于与煤油接触的部件。实际上，任何其它具有相同组分或者等同组分的溶胶-凝胶都可以同等使用。

在其它实施方式中，所用的溶胶-凝胶中至少一部分是ICS出售的1K-EBSil(注册商标)。这种溶胶-凝胶特别适合于与液压机液体接触的部件。实际上，可以同等使用任何其它具有相同组分或者等同组分的溶胶-凝胶。

特别是，这种凝胶使得它可以按ISO标准9227的试验抵抗盐雾最小时间500小时(h)。

在某些实施方式中，该方法还进一步包括溶胶-凝胶处理步骤和硬质氧化步骤之间的加工步骤，在该步骤中，加工至少一个待处理的区域以至少从该区域中消除溶胶-凝胶层。通过局部去除由溶胶-凝胶组成的绝缘层，这样的步骤能够使要进行抗磨损特别处理的基材区域进行修正，从而使得该区域进行硬质氧化。实际上，某些部件会具有多个明显的区域，以进行特别的抗磨损处理，在此情况下，可以加工多个不同的区域。由于这种加工，获得的该溶胶-凝胶层和/或该硬质氧化层是不连续的。

在某些实施方式中，该方法没有任何铬的阳极氧化(CAO)步骤。

本发明还提供一种机械部件，包括铝或铝合金基材，以及根据上述任一实施方式获得的抗腐蚀和抗磨损涂层。

本发明还提供一种机械部件，具有铝或铝合金基材，溶胶-凝胶层，以及氧化铝层。

在某些实施方式中，该部件还包括位于溶胶-凝胶层下面的附加的氧化铝层。

在某些实施方式中，该溶胶-凝胶存在于该附加氧化层的孔中。

在某些实施方式中，至少部分溶胶-凝胶是上述的溶胶-凝胶中的一种。

在某些实施方式中，在该基材的表面平面中该溶胶-凝胶层和该硬质氧化层是相邻的，但是不重叠。

在某些实施方式中，该溶胶-凝胶层的厚度是1微米(μm)-10μm。

在某些实施方式中，该硬质阳极氧化层的厚度在40μm-100μm。

在某些实施方式中，该附加的氧化层的厚度是2μm-12μm。

本发明还涉及一种涡轮发动机，包括根据上述任一实施方式的机械部件。

本发明还提供起落装置，包括根据上述任一实施方式的机械部件。

通过阅读以下提议的方法的实施方式的细节描述中，将会显示上述的特征和优势，以及其它。这些细节将结合附图进行描述。

附图简介

附图是示意图，重要的是意在阐述本发明的原理。

在附图中，从一个附图到另一个附图，相同的元件(或元件的部件)用相同的附图标记表示。此外，属于不同的实施方式但是却呈现类似功能的元件(或元件的部件)在附图中以增加的数字来表示，如100，200，等等。

附图1A到1E表示该方法第一实施方式的各个步骤。

附图2A到2F表示该方法第二实施方式的各个步骤。

具体实施方式

为了使本发明更具体化，将结合附图在下面对该方法的实施方式进行详细描述。需要重申的是，本发明不受这些实施方式的限制。

附图1A到1E表示该方法第一实施方式，旨在提供具有抗磨损和抗磨蚀保护涂层的铝或铝合金制成的基材10。附图1A中所示的该基材10可以特别是在直升机涡轮发动机中调节燃料的液压机械部件，或者是紧固起落装置半轮(half-wheel)的法兰，这只是两个例子。最初，该基材10可以经过初级准备步骤，例如除油污、清洗、和/或酸洗步骤。

一旦基材10的该表面10a已经以这样的方式做好准备，在基材10的表面10a上施加液体溶胶-凝胶层20。该溶胶-凝胶特别是ICS出售的IC23.5(注册商标)，特别施用于部件1与液压流体接触时的情形。实际上，同样可以使用其它具有等同组分或者具有其它组分的具有抗腐蚀性能的溶胶-凝胶。

该液体溶胶-凝胶层20可以使用刷子施涂至基材10的表面10a。该液体溶胶-凝胶层20也可以喷洒到基材10的表面10a，例如使用颜料喷枪。在其它实施例中，该溶胶-凝胶同样可以通过将基材10浸入到液体溶胶-凝胶浴中来沉积。

一旦该溶胶-凝胶处理步骤完成，附图1B中显示的该部件在烘箱中进行焙烘步骤，在该步骤中溶胶-凝胶固化。该焙烘步骤可以在烘箱中约140℃的条件下持续50min。在该焙烘步骤结束时，获得的附图1C中的部件中硬化的溶胶-凝胶层20’覆盖基材10。该硬化的溶胶-凝胶层20’提供期望的抗腐蚀保护。

在该步骤最后，加工用于特定抗磨损处理的部件的区域U以局部去除溶胶-凝胶层20’以露出基材10。如图1D中示出的获得部件，接着进行准备步骤例如除油污、和/或清洗步骤。

以这种方式准备好的该部件接着浸入硫酸浴中以进行硬质阳极氧化(HAO)，其中在加工步骤中因抗磨损处理而未覆盖的基材10的区域U内的表面层被氧化以形成氧化铝层30。该氧化铝层30可以局部增强部件1在区域U中的抗磨损性。

在这种方式中获得的部件最后进行整理步骤，尤其是清洗或者加工步骤以获得附图1E中所示的最终部件。这样的一个最终部件1因此包括在区域U中进行抗磨损处理，具有40μm-100μm厚度的硬质氧化铝层30，以及区域U外部，具有2μm-10μm厚度的硬化的溶胶-凝胶层20’。这样的溶胶-凝胶层20’能够耐盐雾的时间长于500h。

附图2A-2F显示的是该方法的第二实施方式，旨在提供一种具有抗磨损和抗腐蚀保护涂层的铝或铝合金制成的基材110。

首先，该基材110可以进行准备步骤，例如除油污、清洗和/或清洁步骤。

一旦表面110a和基材110已经以这样的方式准备好，该部件浸入硫酸浴中以进行硫酸阳极氧化(SAO)，其中基材110的表层被氧化形成多孔氧化铝层140，因此获得的附图2B中所示的部件。在其它实施例中，该浴可以分别包括羟基丙二酸-硫酸或磷酸，以进行相应的羟基丙二酸-硫酸阳极氧化或磷酸阳极氧化。

该方法的第二实施方式接下来的步骤基本与上述第一实施方式相同。在多孔氧化铝层140的表面140a上施加液体溶胶-凝胶层120，：该液体溶胶-凝胶渗透进入氧化铝层140的孔141中并充满它们。这生产出附图2C中所示的部件。

一旦该溶胶-凝胶沉积步骤已经完成，该部件进行与第一实施方式类似的焙烘步骤，从而得到附图2D中所示的部件，其中硬化的溶胶-凝胶层120’覆盖并填充多孔氧化铝层140的孔。

在该步骤的末端，加工要进行特定抗磨损处理的该部件的区域U，以局部去除该硬化的溶胶-凝胶层120’和该孔状氧化铝层140，以暴露基材110的未氧化部分。如图2E所示，以这样的方式获得的该部件接着进行准备步骤，例如除油污和/或清洗步骤。

以这样的方式准备好的该部件接着浸入硫酸浴中以进行硬质阳极氧化(HAO)，其中在加工步骤中因抗磨损处理而未覆盖的基材110的U区内的表面层被氧化以形成氧化铝层130。

以这样的方式获得的该部件最终进行整理步骤，特别是清洗和/或加工步骤，以获得如图2F中所示的最终部件101。因此，这样的最终部件101包括已经进行抗磨损处理的区域U内具有40μm-100μm厚度的硬质氧化铝层30以及区域U外具有2μm-12μm厚度的氧化铝层140和其顶上的具有1μm-10μm厚度的硬化的溶胶-凝胶层120’。该氧化铝层140的孔也被溶胶-凝胶填充。这样的氧化铝层140与溶胶-凝胶层120’联合能耐盐雾的时间长于700h。

在本发明中描述的实施方式不是限定性的解释，本领域技术人员根据本发明可以容易地对这样实施方式进行改进或者设想其它实施方式，而落入本发明的范围之内。

此外，这些实施方式的各种特征可以单独使用或者彼此联合使用。当它们联合使用时，特征可以以上述方式或者其它方式联合，本发明不受本发明上述描述的特定联合方式的限制。特别是，如无相反说明，一个具体实施方式中描述的特征可以以类似的方式用于其它实施方式中。