鑄造鋁合金半密閉內(nèi)腔微弧氧化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微弧氧化方法，尤其是一種鑄造鋁合金半密封內(nèi)腔微弧氧化方法，適用于深度小于40mm、直徑大于10mm的半密閉內(nèi)腔。
【背景技術(shù)】
[0002]鑄造鋁合金中含有一定量的硅元素，其存在阻礙了鋁與溶液中氧的結(jié)合，導(dǎo)致微弧氧化反應(yīng)過(guò)程緩慢、起弧困難。半密閉內(nèi)腔鑄造鋁合金除去材料自身原因起弧困難外，其特殊的半密閉內(nèi)腔結(jié)構(gòu)也不利于膜層的生成與擴(kuò)展。究其原因，常是由于腔體內(nèi)溶液循環(huán)不通暢、無(wú)法在空間上接觸到陰極及腔體內(nèi)反應(yīng)溫度過(guò)高所致，難以達(dá)到預(yù)期厚度。在反應(yīng)
1.5h或2h后，內(nèi)腔膜層厚度僅為20-35微米，對(duì)于厚度要求較高或年產(chǎn)量較大的零件，難以滿足最終使用要求甚至影響交付進(jìn)度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的是提供一種鑄造鋁合金半密封內(nèi)腔微弧氧化方法，可以提高微弧氧化的速度并使內(nèi)腔膜層厚度滿足使用要求，適應(yīng)厚度要求較高或年產(chǎn)量大的零件。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是，所述的鑄造鋁合金半密封內(nèi)腔微弧氧化方法包括以下步驟:
1.選用去離子水配制微弧氧化溶液，成分為重量比為3g/L的鋁酸鈉、lg/L的氫氧化鉀、4g/L的硅酸鈉和0.5g/L的四硼酸鈉，配制過(guò)程中保證溶液充分?jǐn)嚢瑁?br> 2.零件經(jīng)除油、水洗、烘干及非微弧面保護(hù)后，裝掛具放入槽體內(nèi)，放入時(shí)確保零件內(nèi)腔開(kāi)口方向呈斜上方放置，開(kāi)口所在平面與槽體側(cè)壁陰極板呈30-50°角；
3.將壓縮空氣管通入到零件內(nèi)腔中，管路下端距內(nèi)腔底部4-6mm，反應(yīng)過(guò)程中打開(kāi)壓縮空氣；
4.開(kāi)啟電源，對(duì)零件進(jìn)行微弧氧化操作:
對(duì)于單邊厚度要求在20微米以下，粗糙度在Ral.6以下的半密閉內(nèi)腔結(jié)構(gòu)，正向電流密度先選擇10-15A/dm2，負(fù)向電流設(shè)為1A，占空比為8% -50%，頻率為50Hz-200Hz ;待零件表面出現(xiàn)起弧現(xiàn)象起將負(fù)向電流密度設(shè)置為10-15A/dm2，從起弧開(kāi)始5-10min斷開(kāi)電源；然后重新開(kāi)啟電源，設(shè)置正、負(fù)向電流密度為6-10A/dm2，占空比為8% -50%，頻率為200Hz-800Hz，待再次起弧10_15min后關(guān)閉電源；
對(duì)于單邊厚度要求在20-40微米的半密閉內(nèi)腔零件，粗糙度無(wú)要求的情況下，正向電流密度先選擇10-15A/dm2，負(fù)向電流設(shè)為1A;占空比8% -50%，頻率50Hz-400Hz ;待零件表面出現(xiàn)起弧現(xiàn)象起將負(fù)向電流密度設(shè)置為10-15A/dm2,開(kāi)始計(jì)時(shí)，從起弧開(kāi)始5_10min斷開(kāi)電源；重新開(kāi)啟電源，電參數(shù)設(shè)置值不變，反應(yīng)10-20min斷開(kāi)電源，此操作重復(fù)一次，共反應(yīng)25-50min后關(guān)閉電源；
5.取出零件，摘下掛具，水洗后烘干；
6.最終檢驗(yàn)。
[0005]本發(fā)明在微弧氧化過(guò)程中斷開(kāi)電源的目的是為將電壓引入到高壓放電區(qū)域，斷電前擊穿電壓以基體材料為擊穿對(duì)象，而在零件表面已經(jīng)成膜后，再次擊穿是以零件表面的氧化膜為擊穿對(duì)象，相應(yīng)的擊穿電壓升高，氧化膜擊穿電壓較基體高50V左右，若不采取斷開(kāi)電源的方式，正常反應(yīng)待電壓增加50V至少需要40min，而當(dāng)電壓達(dá)到一定數(shù)值后，增長(zhǎng)速度趨于緩慢，采取兩次斷開(kāi)電源的方式，當(dāng)?shù)诙螖嚅_(kāi)電源，再次起弧，電壓的漲幅在10v左右，若不采取斷開(kāi)電源的方式，正常反應(yīng)待電壓增加10V至少需要20min的時(shí)間，本發(fā)明可以有效規(guī)避鑄造鋁合金成膜困難、起弧時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題，大幅度降低零件的成膜時(shí)間，且操作簡(jiǎn)單、可行性強(qiáng)。
【具體實(shí)施方式】
[0006]鑄造鋁合金半密封內(nèi)腔微弧氧化方法包括以下步驟:
1.選用去離子水配制微弧氧化溶液，成分為重量比為3g/L的鋁酸鈉、lg/L的氫氧化鉀、4g/L的硅酸鈉和0.5g/L的四硼酸鈉，配制過(guò)程中保證溶液充分?jǐn)嚢瑁?br> 2.零件經(jīng)除油、水洗、烘干及非微弧面保護(hù)后，裝掛具放入槽體內(nèi)，放入時(shí)確保零件內(nèi)腔開(kāi)口方向呈斜上方放置，開(kāi)口所在平面與槽體側(cè)壁陰極板呈30-50°角；
3.將壓縮空氣管通入到零件內(nèi)腔中，管路下端距內(nèi)腔底部4-6mm，反應(yīng)過(guò)程中打開(kāi)壓縮空氣；
4.開(kāi)啟電源，對(duì)零件進(jìn)行微弧氧化操作:
對(duì)于單邊厚度要求在20微米以下，粗糙度在Ral.6以下的半密閉內(nèi)腔結(jié)構(gòu)，正向電流密度先選擇10-15A/dm2，負(fù)向電流設(shè)為1A，占空比為8% -50%，頻率為50Hz-200Hz ;待零件表面出現(xiàn)起弧現(xiàn)象起將負(fù)向電流密度設(shè)置為10-15A/dm2，從起弧開(kāi)始5-10min斷開(kāi)電源；然后重新開(kāi)啟電源，設(shè)置正、負(fù)向電流密度為6-10A/dm2，占空比為8% -50%，頻率為200Hz-800Hz，待再次起弧10_15min后關(guān)閉電源；
對(duì)于單邊厚度要求在20-40微米的半密閉內(nèi)腔零件，粗糙度無(wú)要求的情況下，正向電流密度先選擇10-15A/dm2，負(fù)向電流設(shè)為1A;占空比8% -50%，頻率50Hz-400Hz ;待零件表面出現(xiàn)起弧現(xiàn)象起將負(fù)向電流密度設(shè)置為10-15A/dm2,開(kāi)始計(jì)時(shí)，從起弧開(kāi)始5_10min斷開(kāi)電源；重新開(kāi)啟電源，電參數(shù)設(shè)置值不變，反應(yīng)10-20min斷開(kāi)電源，此操作重復(fù)一次，共反應(yīng)25-50min后關(guān)閉電源；
5.取出零件，摘下掛具，水洗后烘干；
6.最終檢驗(yàn)。
實(shí)施例
[0007]航空某型機(jī)ZL114鋁合金栗體，該栗體中半密閉內(nèi)腔尺寸為:深度13mm、腔體外沿為不規(guī)則形狀，整體面積為0.6dm2。要求微弧氧化后內(nèi)腔側(cè)壁及底部的厚度為13-18微米，側(cè)壁粗糙度Ral.6以下。其具體實(shí)施步驟如下:
1.選用去離子水配制微弧氧化溶液，成分為重量比為3g/L的鋁酸鈉、lg/L的氫氧化鉀、4g/L的硅酸鈉和0.5g/L的四硼酸鈉，配制過(guò)程中保證溶液充分?jǐn)嚢瑁?br> 2.對(duì)零件清理干凈，對(duì)零件非微弧氧化表面進(jìn)行保護(hù)后裝掛具掛進(jìn)微弧氧化設(shè)備內(nèi)，并使零件開(kāi)口呈斜上方，其所在的平面與微弧氧化設(shè)備的陰極呈45°角，零件下端距微弧氧化設(shè)備的陰極距離為20mm ； 3.將壓縮空氣管通入到零件內(nèi)腔中，管路下端距內(nèi)腔底部5mm，反應(yīng)過(guò)程中打開(kāi)壓縮空氣；
4.開(kāi)啟電源，設(shè)置正向電流為6A、負(fù)向?yàn)?A、占空比為50%、頻率50Hz;起弧后，負(fù)向電流設(shè)為6A，其余參數(shù)不變；反應(yīng)lOmin后關(guān)閉電源；重新開(kāi)啟電源，設(shè)置正向電流為6A、負(fù)向?yàn)?A、占空比50%、頻率為200Hz ;反應(yīng)lOmin后關(guān)閉電源；全程采用冷卻設(shè)備進(jìn)行冷卻，確保反應(yīng)溶液溫度為20-35 °C ;
5.取出零件，摘下掛具，水洗烘干；
6.最終檢驗(yàn):用內(nèi)徑表測(cè)量?jī)?nèi)腔徑尺寸，直徑范圍尺寸增加20微米，單側(cè)外增長(zhǎng)10微米，微弧氧化膜層厚度為向內(nèi)增長(zhǎng)與向外增長(zhǎng)之和，分別占膜層總厚度的2/5和3/5，以外增長(zhǎng)10微米計(jì)算，膜層總厚度應(yīng)為17微米左右。內(nèi)腔底部膜層厚度用渦流測(cè)厚儀測(cè)量，平均值為14微米，滿足尺寸要求。用粗糙度儀對(duì)零件進(jìn)行粗糙度檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果顯示，側(cè)壁粗糙度為Ral.374，滿足要求，合格。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鑄造鋁合金半密封內(nèi)腔微弧氧化方法，其特征在于，所述的包括以下步驟: 1)選用去離子水配制微弧氧化溶液，成分為重量比為3g/L的鋁酸鈉、lg/L的氫氧化鉀、4g/L的硅酸鈉和0.5g/L的四硼酸鈉，配制過(guò)程中保證溶液充分?jǐn)嚢瑁? 2)零件經(jīng)除油、水洗、烘干及非微弧面保護(hù)后，裝掛具放入槽體內(nèi)，放入時(shí)確保零件內(nèi)腔開(kāi)口方向呈斜上方放置，開(kāi)口所在平面與槽體側(cè)壁陰極板呈30-50°角； 3)將壓縮空氣管通入到零件內(nèi)腔中，管路下端距內(nèi)腔底部4-6mm，反應(yīng)過(guò)程中打開(kāi)壓縮空氣； 4)開(kāi)啟電源，對(duì)零件進(jìn)行微弧氧化操作: 對(duì)于單邊厚度要求在20微米以下，粗糙度在Ral.6以下的半密閉內(nèi)腔結(jié)構(gòu)，正向電流密度先選擇10-15A/dm2，負(fù)向電流設(shè)為1A，占空比為8% -50%，頻率為50Hz-200Hz ;待零件表面出現(xiàn)起弧現(xiàn)象起將負(fù)向電流密度設(shè)置為10-15A/dm2，從起弧開(kāi)始5-10min斷開(kāi)電源；然后重新開(kāi)啟電源，設(shè)置正、負(fù)向電流密度為6-10A/dm2，占空比為8% -50%，頻率為200Hz-800Hz，待再次起弧10_15min后關(guān)閉電源； 對(duì)于單邊厚度要求在20-40微米的半密閉內(nèi)腔零件，粗糙度無(wú)要求的情況下，正向電流密度先選擇10-15A/dm2，負(fù)向電流設(shè)為1A;占空比8% -50%，頻率50Hz-400Hz ;待零件表面出現(xiàn)起弧現(xiàn)象起將負(fù)向電流密度設(shè)置為10-15A/dm2,開(kāi)始計(jì)時(shí)，從起弧開(kāi)始5_10min斷開(kāi)電源；重新開(kāi)啟電源，電參數(shù)設(shè)置值不變，反應(yīng)10-20min斷開(kāi)電源，此操作重復(fù)一次，共反應(yīng)25-50min后關(guān)閉電源； 5)取出零件，摘下掛具，水洗后烘干； 6)最終檢驗(yàn)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鑄造鋁合金半密封內(nèi)腔微弧氧化方法，在微弧氧化過(guò)程中斷開(kāi)電源，斷電前擊穿電壓以基體材料為擊穿對(duì)象，而在零件表面已經(jīng)成膜后，再次擊穿是以零件表面的氧化膜為擊穿對(duì)象，相應(yīng)的擊穿電壓升高，再次起弧，可以有效規(guī)避鑄造鋁合金成膜困難、起弧時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題，大幅度降低零件的成膜時(shí)間，且操作簡(jiǎn)單、可行性強(qiáng)。
【IPC分類】C25D11/06
【公開(kāi)號(hào)】CN105239127
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510779699
【發(fā)明人】田翠翠, 陸山, 吳彥芬, 宛建軍, 師玉英, 王國(guó)成, 張彥飛
【申請(qǐng)人】哈爾濱東安發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限公司
【公開(kāi)日】2016年1月13日
【申請(qǐng)日】2015年11月13日