用于处理硬铝合金的高硬度硬质阳极化工艺的制作方法
【专利说明】用于处理硬铝合金的高硬度硬质阳极化工艺
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技术领域
[0002]本发明涉及一种硬质阳极化工艺，特别是涉及一种用于硬铝合金的高硬度硬质阳极化工艺。
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【背景技术】
[0004]硬铝合金属于铝-铜-镁系铝合金，其主要特点是:主要合金组元铜、镁在固溶热处理后，溶于铝固溶体中呈饱和过饱和状态，经过沉淀硬化处理，这些合金的抗拉强度明显提高，而且还具有较好的塑性，广泛用于飞机结构、铆钉、卡车轮毂、螺旋桨元件等高强度的构件及150°C以下工作的零件，在航空航天领域有着良好的应用前景。不足之处是时效处理后，由于在晶界析出Θ (CuAl2)相、S(CuMgA12)相及少量MnA16等第二相，使得晶界周围形成贫Cu区而易出现沿晶型的局部腐蚀，且作为摩擦材料，铝合金存在质软、摩擦系数高、磨损大、容易拉伤且难以润滑等问题。因此，提高铝合金的摩擦磨损性能和抗腐蚀性能具有重要的意义。
[0005]但是，硬铝合金含铜量高，如2A12硬铝合金含铜量:3.8%?4.9%，在阳极氧化过程中，铜会在合金基体中富集，从而导致氧气析出，最终导致氧化膜的粗糙不平；另一方面，温度也会使氧化膜的质量有影响，在铝的阳极氧化过程中，会产生大量的焦耳热，特别是铝铜合金存在第二相CuA12、CuMgA12，第二相局部通过的电流大，从而更容易形成局部高温，导致发生氧化膜的烧损。因此造成了该材料硬质阳极氧化难度较大。目前针对硬铝合金的硬阳极化处理工艺，国内外研究者多年来主要从如下两个方面进行研究:(I)通过改变供电方式如采用交直流叠加或脉冲电流，改善氧化过程中的散热条件；(2)改进电解液配方体系，添加有机酸辅助成分，降低氧化过程中的腐蚀速率。
[0006]一种典型的改进研究是采用硫酸+添加剂和脉冲电源的方法对2A12的硬质阳极氧化进行了研究。溶液成分为=H2SO4 180g/L,H2CO2 40g/L，添加剂A 10?50g/L，添加剂B5?25g/L。工艺条件为:温度10?30°C，电流密度1.0?3.0A/dm2,电流脉冲占空比3:I，频率83Hz。添加剂A是一种有机液体，在电解液中带有负电性，可以提高电解液氧化温度的上限，降低氧化膜的再溶解速度。添加剂B为一种金属导电盐NaAc，能增强电解液的导电性，提高电流密度，降低槽电压，加快成膜速度。在此工艺条件下，可以获得硬度300HV以上硬质阳极化膜层，但膜层的表面粗糙度没有特别研究。另外，混合酸加添加剂的溶液由于组分较多，日常维护工作比较复杂，特别是其中的有机液体难以分析，溶液控制困难，工艺的稳定性不易保证。
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【发明内容】
[0008]本发明的目的:采用单一组分的纯硫酸溶液体系，提供一种用于硬铝合金的硬质阳极化工艺，可以提高硬质阳极化膜层的硬度，提高膜层表面光洁度，且工艺简单，溶液易于维护和控制。
[0009]本发明的技术方案:用于处理硬铝合金的高硬度硬质阳极化工艺，其采用320?350g/l的高浓度纯硫酸溶液体系，减小金属-溶液界面的电阻，从而降低了成膜过程中产生的焦耳热，控制了阳极化过程中膜层的溶解。槽液温度控制在-4?0°C，低温有利于膜厚及硬度的提高。以恒流供电方式通以直流电流，电流密度2.0?4.0A/dm2,电流密度较低时，氧化电压的上升速度也相对较慢，从而获得所期望的低氧化电压，在高氧化电压下，膜层孔隙直径大，铜在合金/溶液界面被氧化，并促进壁垒层释放氧气，并产生不规则的膜层形态。电流缓启动时间为10?20分钟，电流缓启动时间的延长，可以在开始生成薄膜时尽量防止富铜相的局部溶解，起到控制氧化反应速度的作用，抑制了氧化反应过程中气体的产生，获得了致密的氧化膜层。通过上述的工艺措施，得到致密的阳极化膜层，提高膜层的硬度和光洁度。其操作步骤如下:
(O除油:使用含有氢氧化钠、磷酸钠的碱性除油溶液，温度70-80°C，时间10-15s。
[0010](2)热水洗:温度70_80°C，用热水去除残留在零件表面的碱性除油溶液。
[0011](3)室温水洗:用自来水进行冲洗。
[0012](4)酸洗:使用30-50%的硝酸去除上工序脱脂产生的挂灰，温度室温。
[0013](5)室温水洗:酸洗后用去离子水将零件彻底清洗干净。
[0014](6)硬质阳极化:将零件置于320?350g/l的高浓度纯硫酸溶液中，溶液成分如下:
硫酸320?350g/l
可溶性铝(24g/l
Cr (折算为 NaCl) ^ 0.2g/l
阴极采用铅板，温度-4?0°C，电流密度2.0?4.0A/dm2,电流缓启动时间10?20分钟，采用恒电流的供电方式，用压缩空气进行溶液搅拌。氧化处理时间60-70分钟。
[0015](7)室温水洗:硬质阳极化工序完成后立即用去离子水清洗。
[0016](8)干燥:采用压缩空气吹干零件。
[0017]积极效果:由于采用了高浓度的纯硫酸溶液，降低了硬质阳极化过程中膜层的溶解，同时，采用了较低的处理温度，延长的电流缓启动时间，合适的电流密度，从而在单一组分的电解液中提高了硬铝合金硬质阳极化膜层的硬度和表面光洁度，膜层的显微硬度达到300HV以上，表面粗糙度达到0.20 μ m以下。此外，采用的电解液只包含硫酸和水，成分简单，成本低，溶液的日常维护和控制易于实现，可以保证工艺的稳定性。
【具体实施方式】
[0018]对飞机飞行控制系统零部件一活塞套的硬质阳极化
该零件采用2A12硬铝合金，经硬质阳极化获得高硬度的同时，保证了高的结构强度。工作表面为零件的内孔，与镀铬的活塞组成摩擦副，工作时活塞套的硬质阳极化表面与活塞的镀铬表面之间呈轴向的相对运动，工作寿命大于700，000个循环。加工的技术要求为:氧化膜均匀一致，光洁度高，厚度20-30 μ m,显微硬度彡300HV,表面粗糙度< 0.2 μ m。工艺流程为: (I)装挂:使用钛合金夹具进行装挂，电接触方式为点接触。
[0019](2)除油:使用碱性除油溶液，氢氧化钠10g/l，磷酸钠50g/l，温度75°C，时间15s。
[0020](3)热水洗:温度75°C，用热水去除残留在零件表面的碱性除油溶液。
[0021](4)室温水洗:用自来水进行冲洗。
[0022](5)酸洗:使用40%的硝酸去除上工序脱脂产生的挂灰，温度室温。
[0023](6)室温水洗:酸洗后用去离子水将零件彻底清洗干净。
[0024](7)硬质阳极化:将零件置于340g/l的高浓度纯硫酸溶液中，阴极采用铅板，溶液温度-rc，设置电流密度2.5A/dm2,电流缓启动时间20分钟，工艺要求的电流曲线如图1，总氧化处理时间65分钟，采用恒电流的供电方式。用压缩空气进行溶液搅拌。
[0025](8)室温水洗:硬质阳极化工序完成后立即用去离子水清洗。
[0026](9)干燥:采用压缩空气吹干零件。
[0027]氧化处理后氧化膜均匀致密，平均厚度28 μ m，膜层显微硬度340HV，表面粗糙度0.18 μ m,完全满足加工的技术要求。
【主权项】
1.一种用于处理硬铝合金的高硬度硬质阳极化的工艺，包括:溶液配方及处理硬铝合金的高硬度硬质阳极化工艺。
2.根据权利要求1所述的一种用于处理硬铝合金的高硬度硬质阳极化的工艺，其溶液构成为: 硫酸320?350g/l 可溶性铝(24g/l CF (折算为 NaCl) 彡 0.2g/l。
3.根据权利要求1所述的一种用于处理硬铝合金的高硬度硬质阳极化的工艺，采用铅板作为阴极，溶液温度-4?0°C，电流密度2.0?4.0A/dm2,电流缓启动时间10?20分钟，电流波形曲线为图1所示，采用恒电流的供电方式，氧化处理时间60-70分钟，用压缩空气进行溶液搅拌。
【专利摘要】用于处理硬铝合金的高硬度硬质阳极化工艺，针对硬铝合金含铜量高，硬质阳极化过程中容易产生溶解、烧损、粗糙的膜层等现象，该工艺采用320～350g/l的高浓度纯硫酸的单一溶液，工艺参数如下：温度-4～0℃，电流密度2.0～4.0A/dm2，电流缓启动时间10～20分钟，采用恒电流的供电方式，用压缩空气进行溶液搅拌，氧化处理时间60-70分钟。该工艺可以改进硬铝合金材料的硬质阳极化膜层粗糙、硬度低的问题，获得致密的氧化膜层，显微硬度达到300HV以上，表面粗糙度达到0.20μm以下。同时，该工艺采用的电解液只包含硫酸和水，成分简单，成本低，溶液的日常维护和控制易于实现，可以保证工艺的稳定性。
【IPC分类】C25D11-08
【公开号】CN104711652
【申请号】CN201310670250
【发明人】唐华, 贾亚洲, 喻岚, 李宏, 刘鑫春
【申请人】贵州红林机械有限公司
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2013年12月11日