用于處理硬鋁合金的高硬度硬質陽極化工藝，針對硬鋁合金含銅量高，硬質陽極化過程中容易產生溶解、燒損、粗糙的膜層等現象，該工藝采用320～350g/l的高濃度純硫酸的單一溶液，工藝參數如下：溫度-4～0℃，電流密度2.0～4.0A/dm2，電流緩啟動時間10～20分鐘，采用恒電流的供電方式，用壓縮空氣進行溶液攪拌，氧化處理時間60-70分鐘。該工藝可以改進硬鋁合金材料的硬質陽極化膜層粗糙、硬度低的問題，獲得致密的氧化膜層，顯微硬度達到300HV以上，表面粗糙度達到0.20μm以下。同時，該工藝采用的電解液只包含硫酸和水，成分簡單，成本低，溶液的日常維護和控制易于實現，可以保證工藝的穩定性。
【技術實現步驟摘要】
【專利說明】用于處理硬鋁合金的高硬度硬質陽極化工藝
本專利技術涉及一種硬質陽極化工藝，特別是涉及一種用于硬鋁合金的高硬度硬質陽極化工藝。
技術介紹
硬鋁合金屬于鋁-銅-鎂系鋁合金，其主要特點是:主要合金組元銅、鎂在固溶熱處理后，溶于鋁固溶體中呈飽和過飽和狀態，經過沉淀硬化處理，這些合金的抗拉強度明顯提高，而且還具有較好的塑性，廣泛用于飛機結構、鉚釘、卡車輪轂、螺旋槳元件等高強度的構件及150°C以下工作的零件，在航空航天領域有著良好的應用前景。不足之處是時效處理后，由于在晶界析出Θ (CuAl2)相、S(CuMgA12)相及少量MnA16等第二相，使得晶界周圍形成貧Cu區而易出現沿晶型的局部腐蝕，且作為摩擦材料，鋁合金存在質軟、摩擦系數高、磨損大、容易拉傷且難以潤滑等問題。因此，提高鋁合金的摩擦磨損性能和抗腐蝕性能具有重要的意義。但是，硬鋁合金含銅量高，如2A12硬鋁合金含銅量:3.8%?4.9%，在陽極氧化過程中，銅會在合金基體中富集，從而導致氧氣析出，最終導致氧化膜的粗糙不平；另一方面，溫度也會使氧化膜的質量有影響，在鋁的陽極氧化過程中，會產生大量的焦耳熱，特別是鋁銅合金存在第二相CuA12、CuMgA12，第二相局部通過的電流大，從而更容易形成局部高溫，導致發生氧化膜的燒損。因此造成了該材料硬質陽極氧化難度較大。目前針對硬鋁合金的硬陽極化處理工藝，國內外研究者多年來主要從如下兩個方面進行研究:(I)通過改變供電方式如采用交直流疊加或脈沖電流，改善氧化過程中的散熱條件；(2)改進電解液配方體系，添加有機酸輔助成分，降低氧化過程中的腐蝕速率。一種典型的改進研究是采用硫酸+添加劑和脈沖電源的方法對2A12的硬質陽極氧化進行了研究。溶液成分為=H2SO4 180g/L,H2CO2 40g/L，添加劑A 10?50g/L，添加劑B5?25g/L。工藝條件為:溫度10?30°C，電流密度1.0?3.0A/dm2,電流脈沖占空比3:I，頻率83Hz。添加劑A是一種有機液體，在電解液中帶有負電性，可以提高電解液氧化溫度的上限，降低氧化膜的再溶解速度。添加劑B為一種金屬導電鹽NaAc，能增強電解液的導電性，提高電流密度，降低槽電壓，加快成膜速度。在此工藝條件下，可以獲得硬度300HV以上硬質陽極化膜層，但膜層的表面粗糙度沒有特別研究。另外，混合酸加添加劑的溶液由于組分較多，日常維護工作比較復雜，特別是其中的有機液體難以分析，溶液控制困難，工藝的穩定性不易保證。
技術實現思路
本專利技術的目的:采用單一組分的純硫酸溶液體系，提供一種用于硬鋁合金的硬質陽極化工藝，可以提高硬質陽極化膜層的硬度，提高膜層表面光潔度，且工藝簡單，溶液易于維護和控制。本專利技術的技術方案:用于處理硬鋁合金的高硬度硬質陽極化工藝，其采用320?350g/l的高濃度純硫酸溶液體系，減小金屬-溶液界面的電阻，從而降低了成膜過程中產生的焦耳熱，控制了陽極化過程中膜層的溶解。槽液溫度控制在-4?0°C，低溫有利于膜厚及硬度的提高。以恒流供電方式通以直流電流，電流密度2.0?4.0A/dm2,電流密度較低時，氧化電壓的上升速度也相對較慢，從而獲得所期望的低氧化電壓，在高氧化電壓下，膜層孔隙直徑大，銅在合金/溶液界面被氧化，并促進壁壘層釋放氧氣，并產生不規則的膜層形態。電流緩啟動時間為10?20分鐘，電流緩啟動時間的延長，可以在開始生成薄膜時盡量防止富銅相的局部溶解，起到控制氧化反應速度的作用，抑制了氧化反應過程中氣體的產生，獲得了致密的氧化膜層。通過上述的工藝措施，得到致密的陽極化膜層，提高膜層的硬度和光潔度。其操作步驟如下: (O除油:使用含有氫氧化鈉、磷酸鈉的堿性除油溶液，溫度70-80°C，時間10-15s。(2)熱水洗:溫度70_80°C，用熱水去除殘留在零件表面的堿性除油溶液。(3)室溫水洗:用自來水進行沖洗。(4)酸洗:使用30-50%的硝酸去除上工序脫脂產生的掛灰，溫度室溫。(5)室溫水洗:酸洗后用去離子水將零件徹底清洗干凈。(6)硬質陽極化:將零件置于320?350g/l的高濃度純硫酸溶液中，溶液成分如下: 硫酸320?350g/l 可溶性鋁(24g/l Cr (折算為 NaCl) ^ 0.2g/l 陰極采用鉛板，溫度-4?0°C，電流密度2.0?4.0A/dm2,電流緩啟動時間10?20分鐘，采用恒電流的供電方式，用壓縮空氣進行溶液攪拌。氧化處理時間60-70分鐘。(7)室溫水洗:硬質陽極化工序完成后立即用去離子水清洗。(8)干燥:采用壓縮空氣吹干零件。積極效果:由于采用了高濃度的純硫酸溶液，降低了硬質陽極化過程中膜層的溶解，同時，采用了較低的處理溫度，延長的電流緩啟動時間，合適的電流密度，從而在單一組分的電解液中提高了硬鋁合金硬質陽極化膜層的硬度和表面光潔度，膜層的顯微硬度達到300HV以上，表面粗糙度達到0.20 μ m以下。此外，采用的電解液只包含硫酸和水，成分簡單，成本低，溶液的日常維護和控制易于實現，可以保證工藝的穩定性。【具體實施方式】對飛機飛行控制系統零部件一活塞套的硬質陽極化 該零件采用2A12硬鋁合金，經硬質陽極化獲得高硬度的同時，保證了高的結構強度。工作表面為零件的內孔，與鍍鉻的活塞組成摩擦副，工作時活塞套的硬質陽極化表面與活塞的鍍鉻表面之間呈軸向的相對運動，工作壽命大于700，000個循環。加工的技術要求為:氧化膜均勻一致，光潔度高，厚度20-30 μ m,顯微硬度彡300HV,表面粗糙度< 0.2 μ m。工藝流程為: (I)裝掛:使用鈦合金夾具進行裝掛，電接觸方式為點接觸。(2)除油:使用堿性除油溶液，氫氧化鈉10g/l，磷酸鈉50g/l，溫度75°C，時間15s。(3)熱水洗:溫度75°C，用熱水去除殘留在零件表面的堿性除油溶液。(4)室溫水洗:用自來水進行沖洗。(5)酸洗:使用40%的硝酸去除上工序脫脂產生的掛灰，溫度室溫。(6)室溫水洗:酸洗后用去離子水將零件徹底清洗干凈。(7)硬質陽極化:將零件置于340g/l的高濃度純硫酸溶液中，陰極采用鉛板，溶液溫度-rc，設置電流密度2.5A/dm2,電流緩啟動時間20分鐘，工藝要求的電流曲線如圖1，總氧化處理時間65分鐘，采用恒電流的供電方式。用壓縮空氣進行溶液攪拌。(8)室溫水洗:硬質陽極化工序完成后立即用去離子水清洗。(9)干燥:采用壓縮空氣吹干零件。氧化處理后氧化膜均勻致密，平均厚度28 μ m，膜層顯微硬度340HV，表面粗糙度0.18 μ m,完全滿足加工的技術要求。【主權項】1.一種用于處理硬鋁合金的高硬度硬質陽極化的工藝，包括:溶液配方及處理硬鋁合金的高硬度硬質陽極化工藝。2.根據權利要求1所述的一種用于處理硬鋁合金的高硬度硬質陽極化的工藝，其溶液構成為: 硫酸320?350g/l 可溶性鋁(24g/l CF (折算為 NaCl) 彡 0.2g/l。3.根據權利要求1所述的一種用于處理硬鋁合金的高硬度硬質陽極化的工藝，采用鉛板作為陰極，溶液溫度-4?0°C，電流密度2.0?4.0A/dm2,電流緩啟動時間10?20分鐘，電流波形曲線為圖1所示，采用恒電流的供電方式，氧化處理時間60-70分鐘，用壓縮空氣進行溶液攪拌。【本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種用于處理硬鋁合金的高硬度硬質陽極化的工藝，包括：溶液配方及處理硬鋁合金的高硬度硬質陽極化工藝。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：唐華，賈亞洲，喻嵐，李宏，劉鑫春，
申請(專利權)人：貴州紅林機械有限公司，
類型：發明
國別省市：貴州;52
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