专利名称：一种钛合金微弧氧化技术的制作方法
技术领域：
本发明属于钛合金表面处理技术，具体涉及钛合金零件，特别是钛合金紧固件表面电化学转化膜工艺方法。
众所周知，钛合金的比强度高、比重小，耐热性好，抗蚀性优良，已经广泛地应用于航天，航空，造船及化工行业。但是，由于钛合金是由90％以上的钛形成的合金，其电极电位较负(-1.75V)，与铝、镁合金零件，镀锌、镀鎘的钢铁件及其它金属或镀层接触时，会产生电子转移，容易发生电化学接触腐蚀导致粘接；另外，钛合金硬度比较高温合金、不锈钢等又低很多，耐磨性较差。这些特性均限制了钛合金的使用范围。航空工业出版社1993年出版的《航空制造工程手册》(表面处理分册)提及钛及钛合金表面的转化膜处理，指出该转化膜可以用于螺纹紧固件的防粘滞、用于转动配合中的耐磨、耐擦伤表面。但是，钛合金在通常电压下成膜困难，要求要在不断升高电压的条件下，使钛合金处于等离子弧氧化状态，才能使氧化膜增厚。而该手册并无具体方案。材料保护杂志社1988年出版的第3期“材料保护”刊登一篇北京航空材料研究院刘凤岭撰写的“微弧氧化与材料表面陶瓷化”的文章，主要介绍了铝合金等离子微弧陶瓷化技术。只是在引言中提及含有钛的金属及其合金，其正文中亦无钛合金微弧氧化的具体内容。
本发明的目的在于提供一种钛合金零件，尤其是钛合金紧固件，利用脉冲微弧氧化使表面形成高硬度、高电阻值防护膜的工艺方法。
本发明的技术解决方案如下在包括目视检查、除油、装夹、水洗、阳极氧化、水洗、吹干、检验在内的工艺流程中，在阳极氧化工序中，将零件置于主要由硫酸组成的酸性槽液中做阳极，采用直流脉冲电源间歇供电，在低温下通过调节脉冲时间及跟踪频率，逐步升压至高于120v后在等离子微弧状态下成膜。其中，槽液中可含有少量的磷酸，其配方为H2SO4(ρ＝1.84)50～250ml/l；H3PO4(ρ＝1.7)0～20ml/l；槽液的温度为≤30℃属于低温，一般取为-10～30℃。所采用的脉冲电流密度为1-12A/dm2；脉冲持续时间为0.02-0.8S；跟踪频率为0.25-2.95HZ；升压时间为10-50min。当然，上述的流程中，除油工艺为常规工艺既可包括化学除油，也可包括有机溶剂除油。而阳极氧化结束时的电压，则取决于图纸对零件膜厚的要求，一般为120-300V。此外，采用的脉冲电流波既可以是锯齿波、正弦波，又可以是方形波。
下面结合附图看实施例。
附
图1为工艺方法流程图。
附图2为结构致密的氧化膜微观形貌图。
附图3为又一种氧化膜微观形貌图。
实施例一，首先对某发动机材料牌号为TC6、BT20的螺母，螺帽，螺钉等带有盲孔，螺纹及沟槽的零件840件，进行目视检查，用脱脂棉蘸丙酮轻轻擦拭，并于装夹后在化学除油槽液中进行化学除油。这时，除油配方如下NaoH 30-70 g/LNa2CO3·10H2O 20-25g/LNa3Po45-15g/LNa3sio43-5g/L温度40-80℃除油后的零件，经水洗后进行脉冲阳极氧化。此时，装在钛合金夹具上的零件要与夹具紧密接触，保证震颤时不移位。该氧化槽液的配方及氧化工艺如下H2SO4(p＝1.84) 180-220ml/LH3PO4(P＝1.7) 5-15ml/L槽液温度0-30℃电流密度1-6A/dm2持续时间0.3-0.8S跟踪频率1.20-0.25HZ升压过程中，零件的被加工表面都会出现微弧现象。升压过程持续一段时间后，保持最终电压值至规定的时间。由于本实施例要制造防粘接的转化膜，故升压时间取10-20min，终结电压取120-150V。氧化结束后，关闭脉冲，然后降压，断电，取出零件，进行后续的水洗、吹干及检验工序。最终合格件经扫描电镜测得，结构致密的氧化膜厚度为2-3μm ，见附图2所示。采用显微硬度计，通过计算可知，该氧化膜硬度略高于基体硬度，这是由于膜非常薄而受基体支撑影响所致。在防粘接对比试验中，采用本工艺处理的零件膜层完整，零件表面比如螺纹处光滑无粘接现象，而不带氧化膜的螺母则早已发生接触腐蚀，甚至旋转困难。该批840件，按工艺流程检查合格，经装机已经通过发动机300小时长期试车并交付使用。
实施例二，某发动机压板、垫片、销子、支壁，耳套等，材料牌号TC4、TC11。共计1500件。实施工艺流程中，检查零件，除油，水洗等工序同实施例一，只是在阳极氧化工序，其槽液配方及氧化工艺如下H2SO4(p＝1.84)50-250ml/LH3PO4(P＝1.7) 0-20ml/L槽液温度 -10-10℃电流密度 2-12A/dm2持续时间 0.02-0.4S跟踪频率 2.95-0.8HZ本实施例的目的是制造耐磨的转化膜，故升压时间取20-50min，终结电压取140-300V。阳极氧化后的工序亦同实施例一。最终合格件经涡流测厚仪检测，氧化膜厚度为5-12μm。同样采用显微硬度计，通过测试计算，其氧化膜硬度达600-700HV。用扫描电镜观察，该氧化膜微观膜孔十分丰富，适于留存固体润滑剂，见附图3。该批1500件经检查合格后亦交付使用。
本发明的优点在于采用脉冲供电方式，克服了钛合金成膜困难的关键，实现了钛合金尤其是钛合金紧固件表面形成高硬度(可达700HV)、高电阻(可达5×106Ω)防护膜的目的。由于在低温下利用脉冲电流间歇供电升压，因此比较直流法阳极氧化，其氧化膜硬度高，耐磨性要好，并且有利于膜层的熔融——凝固，使膜层平整，不降低材料的疲劳极限。总之，本发明使钛合金表面形成一层2-12μm的防护膜，阻碍了电子传递，抑制了电化学反应的发生，达到了防粘接的目的，同时也提高了材料的耐磨性能，可以提高零件使用寿命3倍以上。由于本发明的实现，大大拓展了钛合金特别是钛合金紧固件、接触件及衬套件的应用范围。飞机发动机、舰船发动机，汽车发动机，航天飞行器及一些民品上的高温合金，不锈钢件，在工作温度允许的条件下，都可以用钛合金阳极氧化件取代，从而大大减轻系统的重量。对于推重比十分看重的航空航天领域，前景尤其广阔。
权利要求
1.一种钛合金微弧阳极氧化法，包括除油，装夹，阳极氧化及水洗，其特征在于在阳极氧化中，将零件置于主要由硫酸组成的酸性槽液内，在低温下，采用直流脉冲电源，通过调节脉冲时间和跟踪频率，逐步升压至高于120V后在等离子微弧状态下成膜。
2.根据权利要求1所述的钛合金微弧阳极氧化法，其特征是酸性槽液的配方及温度如下H2SO4(p＝1.84)50-250ml/LH3PO4(P＝1.7) 0-20ml/L槽液温度 -10-30℃
3.根据权利要求1或2所述的钛合金微弧阳极氧化法，其特征是脉冲供电参数如下电流密度 1-12A/dm2持续时间 0.02-0.8S跟踪频率 0.25-2.95HZ升压时间 10-50min终结电压 120-300V
全文摘要
本发明涉及钛合金表面转化膜技术。特点是将零件置于主要由硫酸组成的酸性槽液中做阳极,在低温下通过调节脉冲电源的脉冲时间及跟踪频率,升压至高于120V时可形成2－12μm的氧化膜。本发明形成硬度可达700HV电阻可达5×10
文档编号C25D11/26GK1386917SQ0111398
公开日2002年12月25日 申请日期2001年5月22日 优先权日2001年5月22日
发明者周英杰, 王伟, 王学连, 王少刚, 王向荣 申请人:沈阳黎明航空发动机集团公司