专利名称：终电压法钛合金阳极氧化工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种钛合金阳极氧化表面处理工艺方法，特别适合应用于钛合金薄层硫酸型阳极氧化膜的形成，属于金属表面处理阳极氧化技术领域。
背景技术：
钛是化学性质极其活跃的一种金属，和氧气有极高的亲和力。但它在大气环境中能够自然生成极薄的一层(厚度约0.005～0.015μm)氧化物保护膜，该保护膜通常情况下非常稳定，在很多腐蚀介质中呈钝化状态。另外该氧化膜即使破损，也会立即再生(有很强的自修复能力)，它对钛金属基体起着很好的保护作用。在大气中钛合金同样也有如此优良的耐腐蚀性能。
然而当钛或钛合金零件与其他金属材料的零件接触连接时，由于过高的电位差，极容易产生电偶腐蚀，导致其连接偶的腐蚀，即使有自然形成的一层氧化物保护膜，也无法阻止这种电偶腐蚀。因此，为了提高钛合金零件的抗接触腐蚀性能，提高基体与涂层的结合力，提出了对钛合金零件进行阳极氧化处理，使其生成一层比自然形成的氧化膜厚得多的氧化膜，以有效地防止电偶腐蚀。一般钛合金阳极氧化膜厚度控制在2μm以上，更厚者达8～10μm。
钛合金阳极氧化分为碱性阳极氧化和酸性阳极氧化两大类，而酸性阳极氧化又分为硫酸型阳极氧化和硫酸磷酸阳极氧化两种。本发明主要涉及薄层氧化膜(厚度≤4μm)的钛合金硫酸型阳极氧化工艺。
钛合金硫酸型阳极氧化工艺和其他金属材料(如铝合金)阳极氧化工艺有所不同，自成体系，有其自身特点。现有技术的钛合金硫酸型阳极氧化工艺，其工艺条件一般是阳极氧化槽液成分硫酸180～220g/L，槽液温度15～25℃，阳极电压18～21V，时间2～15分钟，其中特别要求在工件阳极氧化时，施加的电压应在规定时间达到设定电压(最终电压)，以有利氧化膜逐步生成和逐步加厚，有的规定升压达到最终电压的时间不超过2分钟，最短的升压时间是0.5～1分钟内，氧化时间为2～15分钟。
为了满足钛合金阳极氧化时，电压要逐步升高的工艺要求，也即开始施加电压时要对升压速率作必要控制，因此现有技术的钛合金阳极氧化对电源设备有特殊要求，即电源设备需“设有在指定范围内自动升压的装置”；另一种电源为特殊的脉冲电源，脉冲周期为1秒，脉冲持续时间和间隙时间由可调变压器调整。
现有技术的不足在于该工艺需要配备具有一定时间内逐步升压的专用电源，建立专用的生产线，使钛合金阳极氧化生产成本增加，工艺条件复杂；同时这样的工艺条件仍然不能完全保证部分产品的质量要求，薄层氧化膜厚度极不均匀，很容易使膜层产生疏松、粉化，表面有浮灰，降低与涂漆层间的结合力，难于达到质量标准，对于部分牌号的钛合金该问题比较突出。
发明内容
本发明的目的是提供一种终电压法钛合金阳极氧化工艺，以形成质量满意的钛合金氧化膜，克服现有技术的不足和产品上阳极化膜存在的缺陷，该工艺条件简单，生产成本低，具有一定的通用性。
实现本发明目的的技术方案是，采用终电压法钛合金阳极氧化工艺，它涉及一种钛合金薄层硫酸型阳极氧化工艺方法，其工艺条件是阳极氧化槽液成分为硫酸180～220g/L，槽液温度为13～25℃，阳极电压18～24V，时间2～15分钟，本发明的特征在于工件在槽液中阳极氧化时，施加在工件上的阳极电压为工艺条件中一次性设定的最终电压值。
从阳极氧化工作原理看，“阳极氧化膜的厚度取决于最终电压和阳极氧化的时间”。这里阳极氧化时间是指阳极氧化过程中最终电压持续的时间。如果当设定最终电压后，将阳极氧化时间无限延长，实际上氧化膜的厚度达到一定值后不可能无限增加。也就是说，当阳极氧化时间保持足够长后，阳极氧化膜厚度主要取决于最终电压。
按传统原理，金属阳极氧化时，其氧化膜的形成有一个过程，开始施加低电压，让其形成低电压薄层氧化膜，随后逐渐加大阳极电压，击穿已形成的膜层或透过网状氧化膜间隙继续加深氧化，以使氧化膜厚度增加、加厚，达到预期要求。因此一般地金属阳极氧化，采用逐步升压的工艺方法。现有技术的钛合金阳极氧化就属于该理论指导下的工艺方法。
这种理论对于部分金属材料阳极氧化的实践是完全符合的，而且能够得到质量满意的阳极氧化膜层。但是在钛合金的阳极氧化实践中，传统的工艺方法就不能完全满足不同膜层厚度、不同合金成分的钛合金阳极氧化质量指标要求，部分牌号的材料或要求达到较厚的氧化膜时，容易出现背景技术中指出的不足。
采用终电压法钛合金阳极氧化工艺，开始施加电压不用逐步升压，在保持足够长时间的前提下，为达到一定氧化膜层厚度，在工艺操作中一次设定阳极电压，即最终阳极氧化升至的阳极电压——终电压，使氧化膜在该终电压的阳极电压下恒压形成。实践证明该方法行之有效，特别对于牌号为TC1的钛合金实施蓝色薄层阳极氧化效果十分显著。
由于不用逐步升压的方法，因而钛合金阳极氧化的电源设备，采用一般的可控硅稳压电源就可以满足工艺条件要求和对阳极氧化膜层的性能要求。
本发明的终电压法钛合金阳极氧化工艺适合于牌号为TC1、TC3、TC4的钛合金蓝色薄层阳极氧化，对TC1效果特别突出。
本发明具有积极的效果，终电压法钛合金阳极氧化工艺完全能够满足钛合金阳极氧化质量性能指标要求，达到钛合金蓝色薄层(～2μm)氧化膜的技术要求，消除氧化膜产生疏松、粉化、表面浮灰等缺陷，使质量检测(氧化膜层涂敷一层底漆)的干胶带结合力试验和湿胶带结合力试验符合要求。特别解决了TC1钛合金难以达到均匀蓝色薄层氧化膜的质量要求；本发明所涉及的电源设备不需要使用设置在指定范围内的自动升压装置，采用通用的表面处理可控硅稳压电源就可以满足工艺条件要求，减少了生产线一次性投资，降低了生产成本，同时使钛合金阳极氧化工艺操作简单、方便，可采用铝合金生产线生产钛合金蓝色阳极氧化零件。
具体实施例方式
实施例1在8米铝合金阳极氧化生产线，配备的电源设备为通用的可控硅稳压稳流电源，阳极氧化工艺条件是槽液成分硫酸188g/L，温度18℃，设定终电压24伏，阳极氧化持续时间6分钟，其它工序和条件与现有技术的钛合金阳极氧化工艺相同；零件材料TC1-M-δ1，尺寸135×210；氧化结果是表面颜色蓝色，膜层厚度2.2μm，膜层外观牢固致密，检测结果干、湿胶带试验合格。
实施例2在8米铝合金阳极氧化生产线，电源设备为通用的可控硅稳压稳流电源，阳极氧化工艺条件是槽液成分硫酸188g/L，温度19℃，设定终电压18伏，阳极氧化持续时间15分钟，其它工序和条件与现有技术的钛合金阳极氧化工艺相同；零件材料TC1-M-δ1，尺寸135×210；氧化结果是表面颜色蓝色，膜层厚度3.3μm，膜层外观牢固致密，检测结果干、湿胶带试验合格。
实施例3在6米钛合金阳极氧化生产线，配备的电源设备为通用的可控硅稳压稳流电源，阳极氧化工艺条件是槽液成分硫酸208g/L，温度16℃，设定终电压22伏，阳极氧化持续时间4分钟，其它工序和条件与现有技术的钛合金阳极氧化工艺相同；零件材料TC3-M-δ1，尺寸158×100；氧化结果是表面颜色蓝色，膜层厚度3.3μm，膜层外观牢固致密，检测结果干、湿胶带试验合格。
实施例4在6米钛合金阳极氧化生产线，配备的电源设备为通用的可控硅稳压稳流电源，阳极氧化工艺条件是槽液成分硫酸198g/L，温度20℃，设定终电压22伏，阳极氧化持续时间3分钟，其它工序和条件与现有技术的钛合金阳极氧化工艺相同；零件材料TC1-M-δ1，尺寸1115×950；氧化结果是表面颜色蓝色(局部为紫色)，膜层厚度2.1μm，膜层外观牢固致密，检测结果干、湿胶带试验合格。
实施例5在2米铝合金阳极氧化生产线，电源设备为通用的可控硅稳压稳流电源，阳极氧化工艺条件是槽液成分硫酸189g/L，温度19℃，设定终电压23伏，阳极氧化持续时间10分钟，其它工序和条件与现有技术的钛合金阳极氧化工艺相同；零件材料TC4(自由锻)，尺寸150×100；氧化结果是表面颜色蓝色，膜层厚度2.0μm，膜层外观牢固致密，检测结果干、湿胶带试验合格。
实施例6在2米铝合金阳极氧化生产线，电源设备为通用的可控硅稳压稳流电源，阳极氧化的工艺条件是槽液成分硫酸188g/L，温度23℃，设定终电压23伏，阳极氧化持续时间8分钟，其它工序和条件与现有技术的钛合金阳极氧化工艺相同；零件尺寸150×100材料TC4(自由锻)，氧化结果是表面颜色蓝色，膜层厚度1.5μm，膜层外观牢固致密，检测结果干、湿胶带试验合格。
权利要求
1.终电压法钛合金阳极氧化工艺涉及一种钛合金薄层硫酸型阳极氧化工艺方法，其工艺条件是阳极氧化槽液成分为硫酸180～220g/L，槽液温度为13～25℃，阳极电压18～24V，时间2～15分钟，本发明的特征在于工件在槽液中阳极氧化时，施加在工件上的阳极电压为工艺条件中一次性设定的最终电压值。
2.根据权利要求1的终电压法钛合金阳极氧化工艺，其特征在于其配备的电源设备是通用的有一定容量的可控硅稳压稳流电源，其稳压稳流值可调节设定。
全文摘要
本发明涉及一种钛合金阳极氧化表面处理工艺方法，特别适合应用于钛合金薄层硫酸型阳极氧化膜的形成。该终电压法钛合金阳极氧化工艺，特点是实施阳极氧化工序时，施加电压不用逐步升压，而是在工艺操作中一次设定阳极电压——即终电压，使氧化膜在该终电压的阳极电压下恒压形成。本工艺对于TC1钛合金实施蓝色薄层阳极氧化效果十分显著。该工艺完全满足性能质量要求。不需要专用电源，在普通的铝合金阳极氧化生产线上可干钛合金零件。
文档编号C25D11/02GK1611640SQ20031010337
公开日2005年5月4日 申请日期2003年10月31日 优先权日2003年10月31日
发明者孟保利, 舒文刚 申请人:西安飞机工业(集团)有限责任公司