铸造铝合金半密闭内腔微弧氧化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种微弧氧化方法，尤其是一种铸造铝合金半密封内腔微弧氧化方法，适用于深度小于40mm、直径大于10mm的半密闭内腔。
【背景技术】
[0002]铸造铝合金中含有一定量的硅元素，其存在阻碍了铝与溶液中氧的结合，导致微弧氧化反应过程缓慢、起弧困难。半密闭内腔铸造铝合金除去材料自身原因起弧困难外，其特殊的半密闭内腔结构也不利于膜层的生成与扩展。究其原因，常是由于腔体内溶液循环不通畅、无法在空间上接触到阴极及腔体内反应温度过高所致，难以达到预期厚度。在反应
1.5h或2h后，内腔膜层厚度仅为20-35微米，对于厚度要求较高或年产量较大的零件，难以满足最终使用要求甚至影响交付进度。
【发明内容】
[0003]本发明目的是提供一种铸造铝合金半密封内腔微弧氧化方法，可以提高微弧氧化的速度并使内腔膜层厚度满足使用要求，适应厚度要求较高或年产量大的零件。
[0004]本发明的技术方案是，所述的铸造铝合金半密封内腔微弧氧化方法包括以下步骤:
1.选用去离子水配制微弧氧化溶液，成分为重量比为3g/L的铝酸钠、lg/L的氢氧化钾、4g/L的硅酸钠和0.5g/L的四硼酸钠，配制过程中保证溶液充分搅拌；
2.零件经除油、水洗、烘干及非微弧面保护后，装挂具放入槽体内，放入时确保零件内腔开口方向呈斜上方放置，开口所在平面与槽体侧壁阴极板呈30-50°角；
3.将压缩空气管通入到零件内腔中，管路下端距内腔底部4-6mm，反应过程中打开压缩空气；
4.开启电源，对零件进行微弧氧化操作:
对于单边厚度要求在20微米以下，粗糙度在Ral.6以下的半密闭内腔结构，正向电流密度先选择10-15A/dm2，负向电流设为1A，占空比为8% -50%，频率为50Hz-200Hz ;待零件表面出现起弧现象起将负向电流密度设置为10-15A/dm2，从起弧开始5-10min断开电源；然后重新开启电源，设置正、负向电流密度为6-10A/dm2，占空比为8% -50%，频率为200Hz-800Hz，待再次起弧10_15min后关闭电源；
对于单边厚度要求在20-40微米的半密闭内腔零件，粗糙度无要求的情况下，正向电流密度先选择10-15A/dm2，负向电流设为1A;占空比8% -50%，频率50Hz-400Hz ;待零件表面出现起弧现象起将负向电流密度设置为10-15A/dm2,开始计时，从起弧开始5_10min断开电源；重新开启电源，电参数设置值不变，反应10-20min断开电源，此操作重复一次，共反应25-50min后关闭电源；
5.取出零件，摘下挂具，水洗后烘干；
6.最终检验。
[0005]本发明在微弧氧化过程中断开电源的目的是为将电压引入到高压放电区域，断电前击穿电压以基体材料为击穿对象，而在零件表面已经成膜后，再次击穿是以零件表面的氧化膜为击穿对象，相应的击穿电压升高，氧化膜击穿电压较基体高50V左右，若不采取断开电源的方式，正常反应待电压增加50V至少需要40min，而当电压达到一定数值后，增长速度趋于缓慢，采取两次断开电源的方式，当第二次断开电源，再次起弧，电压的涨幅在10v左右，若不采取断开电源的方式，正常反应待电压增加10V至少需要20min的时间，本发明可以有效规避铸造铝合金成膜困难、起弧时间长等问题，大幅度降低零件的成膜时间，且操作简单、可行性强。
【具体实施方式】
[0006]铸造铝合金半密封内腔微弧氧化方法包括以下步骤:
1.选用去离子水配制微弧氧化溶液，成分为重量比为3g/L的铝酸钠、lg/L的氢氧化钾、4g/L的硅酸钠和0.5g/L的四硼酸钠，配制过程中保证溶液充分搅拌；
2.零件经除油、水洗、烘干及非微弧面保护后，装挂具放入槽体内，放入时确保零件内腔开口方向呈斜上方放置，开口所在平面与槽体侧壁阴极板呈30-50°角；
3.将压缩空气管通入到零件内腔中，管路下端距内腔底部4-6mm，反应过程中打开压缩空气；
4.开启电源，对零件进行微弧氧化操作:
对于单边厚度要求在20微米以下，粗糙度在Ral.6以下的半密闭内腔结构，正向电流密度先选择10-15A/dm2，负向电流设为1A，占空比为8% -50%，频率为50Hz-200Hz ;待零件表面出现起弧现象起将负向电流密度设置为10-15A/dm2，从起弧开始5-10min断开电源；然后重新开启电源，设置正、负向电流密度为6-10A/dm2，占空比为8% -50%，频率为200Hz-800Hz，待再次起弧10_15min后关闭电源；
对于单边厚度要求在20-40微米的半密闭内腔零件，粗糙度无要求的情况下，正向电流密度先选择10-15A/dm2，负向电流设为1A;占空比8% -50%，频率50Hz-400Hz ;待零件表面出现起弧现象起将负向电流密度设置为10-15A/dm2,开始计时，从起弧开始5_10min断开电源；重新开启电源，电参数设置值不变，反应10-20min断开电源，此操作重复一次，共反应25-50min后关闭电源；
5.取出零件，摘下挂具，水洗后烘干；
6.最终检验。
实施例
[0007]航空某型机ZL114铝合金栗体，该栗体中半密闭内腔尺寸为:深度13mm、腔体外沿为不规则形状，整体面积为0.6dm2。要求微弧氧化后内腔侧壁及底部的厚度为13-18微米，侧壁粗糙度Ral.6以下。其具体实施步骤如下:
1.选用去离子水配制微弧氧化溶液，成分为重量比为3g/L的铝酸钠、lg/L的氢氧化钾、4g/L的硅酸钠和0.5g/L的四硼酸钠，配制过程中保证溶液充分搅拌；
2.对零件清理干净，对零件非微弧氧化表面进行保护后装挂具挂进微弧氧化设备内，并使零件开口呈斜上方，其所在的平面与微弧氧化设备的阴极呈45°角，零件下端距微弧氧化设备的阴极距离为20mm ； 3.将压缩空气管通入到零件内腔中，管路下端距内腔底部5mm，反应过程中打开压缩空气；
4.开启电源，设置正向电流为6A、负向为1A、占空比为50%、频率50Hz;起弧后，负向电流设为6A，其余参数不变；反应lOmin后关闭电源；重新开启电源，设置正向电流为6A、负向为6A、占空比50%、频率为200Hz ;反应lOmin后关闭电源；全程采用冷却设备进行冷却，确保反应溶液温度为20-35 °C ;
5.取出零件，摘下挂具，水洗烘干；
6.最终检验:用内径表测量内腔径尺寸，直径范围尺寸增加20微米，单侧外增长10微米，微弧氧化膜层厚度为向内增长与向外增长之和，分别占膜层总厚度的2/5和3/5，以外增长10微米计算，膜层总厚度应为17微米左右。内腔底部膜层厚度用涡流测厚仪测量，平均值为14微米，满足尺寸要求。用粗糙度仪对零件进行粗糙度检测，检测结果显示，侧壁粗糙度为Ral.374，满足要求，合格。
【主权项】
1.一种铸造铝合金半密封内腔微弧氧化方法，其特征在于，所述的包括以下步骤: 1)选用去离子水配制微弧氧化溶液，成分为重量比为3g/L的铝酸钠、lg/L的氢氧化钾、4g/L的硅酸钠和0.5g/L的四硼酸钠，配制过程中保证溶液充分搅拌； 2)零件经除油、水洗、烘干及非微弧面保护后，装挂具放入槽体内，放入时确保零件内腔开口方向呈斜上方放置，开口所在平面与槽体侧壁阴极板呈30-50°角； 3)将压缩空气管通入到零件内腔中，管路下端距内腔底部4-6mm，反应过程中打开压缩空气； 4)开启电源，对零件进行微弧氧化操作: 对于单边厚度要求在20微米以下，粗糙度在Ral.6以下的半密闭内腔结构，正向电流密度先选择10-15A/dm2，负向电流设为1A，占空比为8% -50%，频率为50Hz-200Hz ;待零件表面出现起弧现象起将负向电流密度设置为10-15A/dm2，从起弧开始5-10min断开电源；然后重新开启电源，设置正、负向电流密度为6-10A/dm2，占空比为8% -50%，频率为200Hz-800Hz，待再次起弧10_15min后关闭电源； 对于单边厚度要求在20-40微米的半密闭内腔零件，粗糙度无要求的情况下，正向电流密度先选择10-15A/dm2，负向电流设为1A;占空比8% -50%，频率50Hz-400Hz ;待零件表面出现起弧现象起将负向电流密度设置为10-15A/dm2,开始计时，从起弧开始5_10min断开电源；重新开启电源，电参数设置值不变，反应10-20min断开电源，此操作重复一次，共反应25-50min后关闭电源； 5)取出零件，摘下挂具，水洗后烘干； 6)最终检验。
【专利摘要】本发明涉及一种铸造铝合金半密封内腔微弧氧化方法，在微弧氧化过程中断开电源，断电前击穿电压以基体材料为击穿对象，而在零件表面已经成膜后，再次击穿是以零件表面的氧化膜为击穿对象，相应的击穿电压升高，再次起弧，可以有效规避铸造铝合金成膜困难、起弧时间长等问题，大幅度降低零件的成膜时间，且操作简单、可行性强。
【IPC分类】C25D11/06
【公开号】CN105239127
【申请号】CN201510779699
【发明人】田翠翠, 陆山, 吴彦芬, 宛建军, 师玉英, 王国成, 张彦飞
【申请人】哈尔滨东安发动机（集团）有限公司
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年11月13日