专利名称：一种提高钛合金微弧氧化膜生长速度的方法
技术领域：
本发明涉及一种提高氧化膜生长速度的方法，尤其涉及一种提高钛合金微弧氧化 膜生长速度的方法。
背景技术：
20世纪90年代中后期，微弧氧化技术由俄罗斯等西方发达国家引入我国，它是在 普通阳极氧化的基础上发展起来的，采用高电压、大电流密度，利用弧光放电增强并激活在 阳极(钛合金、铝合金和镁合金等)上发生的反应，从而形成陶瓷氧化膜，可显著提高基体 合金的硬度、耐磨性和耐蚀性，在航天、航空、汽车、电子和机械等行业中具有巨大的应用前
旦
ο对于微弧氧化的原理目前国内外还没有统一的认识，国内外对微弧氧化的研究主 要集中在调整工艺参数和溶液成分对微弧氧化膜结构和性能的影响上。国内外研究表明， 提高电流密度，采用脉冲或交流电源，可以提高钛合金、铝合金等微弧氧化膜的生长速度， 向微弧氧化溶液中，添加一些硬质、不导电的微粒，如Al2O3等，类似于电镀复合镀或化学镀 复合镀，使这些微粒夹杂在微弧氧化膜中，可使微弧氧化膜的生长速度提高，氧化膜的硬度 或耐蚀性有一定的提高。本发明是向钛合金微弧氧化溶液中加入0. 5-6g/L的纳米Al粉或纳米Cr粉，通过 搅拌使其均勻分布于溶液中，由于金属纳米粉是导电的，当其运动到试样表面弧光放电的 区域时，可以参与弧光放电，使弧光在试样表面停留的时间延长，增加了表层微弧氧化膜的 温度，使基体合金微弧氧化反应加速，增加了微弧氧化膜的生长速度，而金属粉或其氧化物 末并不参与或有很少量的参与成膜。目前在国内外还没有发现有关纳米金属粉促进微弧氧 化膜生长速度的研究报道，有关其机理还需深入研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高钛合金微弧氧化膜生长速度的方法，该方法适用 于提高钛合金、铝合金和镁合金微弧氧化膜的生长速度，对于节约钛合金、铝合金和镁合金 微弧氧化时的资源和能源具有重要意义，在航天、航空、汽车、电子和机械等行业中具有巨 大的应用前景。本发明是这样来实现的，其特征是方法步骤为1)配置微弧氧化溶液微弧氧化溶液配方如下Na2Si036g/L，NaA1024g/L和NaOH lg/L；2)向配置好的微弧氧化溶液中添加5mL/L OP-IO ；3)将步骤2溶液放在超声波震荡器中震荡10分钟后，加入0. 5-6g/L的纳米Al粉 或纳米Cr粉，纳米Al粉或纳米Cr粉的粒径范围20-50nm，再超声振荡Ih ；4)将步骤3得到溶液从超声波震荡器中取出，使用机械震荡器上下搅拌溶液，将 试样和不锈钢阴极放入溶液中，并用导线分别连接微弧氧化电源的阳极和阴极，进行微弧氧化实验，电流密度4-6A/dm2，时间10-60min。该方法同样适用于其他的铝合金和镁合金。本发明的优点是在相同的沉积工艺条件下，可使钛合金微弧氧化膜的生长速度 提高0. 1-3倍。
图1为TC4钛合金微弧氧化后的XRD图。图2为TC4钛合金在含2g/L纳米Cr粉的溶液中微弧氧化后的XRD图。
具体实施例方式实施方式1对尺寸为25mmX50mmXlmmTC4钛合金试片进行微弧氧化实验，实验条件如下 Na2SiO3 6g/L, NaAlO2 4g/L, NaOH lg/L,纳米 Cr 粉 0. 5g/L 或纳米 Al 粉 0. 5g/L,，0P_105ml/ L,电流密度4A/dm2，时间lOmin，纳米Cr或纳米Al粉粒径范围20nm。实验完毕后用易高 345涡流测厚仪测量不同微弧氧化膜的厚度，实验条件和实验结果见表1。实施方式2对尺寸为25mmX50mmXlmmTA2钛合金试片进行微弧氧化实验，实验条件如下 Na2SiO3 6g/L，NaAlO2 4g/L，NaOH lg/L,纳米 Cr 粉 6g/L 或纳米 Al 粉 6g/L，0P_105ml/L，电 流密度6A/dm2，时间60min纳米Cr或纳米Al粉粒径范围lOOnm。实验完毕后用易高345涡 流测厚仪测量不同微弧氧化膜的厚度，实验条件和实验结果见表2。实施方式3对尺寸为25mmX50mmXlmm2024铝合金试片进行微弧氧化实验，实验条件如 下=Na2SiO3 6g/L，NaAlO2 4g/L，NaOH lg/L,纳米 Cr 粉 0. 5_6g/L 或纳米 Al 粉 0. 5_6g/L， 0P-105ml/L,电流密度5A/dm2，时间10_60min，纳米Cr或纳米Al粉粒径范围150_250nm。实 验完毕后用易高345涡流测厚仪测量不同微弧氧化膜的厚度，实验条件和实验结果见表3。实施方式4对尺寸为25mmX50mmXlmmAZ91D镁合金试片进行微弧氧化实验，实验条件如 下=Na2SiO3 6g/L，NaAlO2 4g/L，NaOH lg/L,纳米 Cr 粉 0. 5_6g/L 或纳米 Al 粉 0. 5_6g/L， 0P-105ml/L,电流密度5A/dm2，时间10_60min，纳米Cr或纳米Al粉粒径范围400_500nm。实 验完毕后用易高345涡流测厚仪测量不同微弧氧化膜的厚度，实验条件和实验结果见表4。表1 TC4钛合金微弧氧化条件及实验结果 表2 TA2钛合金微弧氧化条件及实验结果 表3 2024铝合金微弧氧化条件及实验结果 表4 AZ91D镁合金微弧氧化条件及实验结果如图1所示，可见TC4微弧氧化膜由少量的非晶相和锐钛矿结构的TiO2组成。微 弧氧化工艺和配方如下=Na2SiO3 6g/L, NaAlO2 4g/L，NaOH lg/L，0P_105ml/L，电流密度 4A/ dm2，时间 lOmin。 如图2所示，可见TC4微弧氧化膜由少量的非晶相、锐钛矿结构和金红石结构的 TiO2组成，基体的主峰也比图1中的低，锐钛矿TiO2的衍射峰比图1的高，且有较多锐钛矿 TiO2生成，说明氧化膜比图1的厚，并且没有发现Cr或Cr2O3衍射峰，说明纳米Cr没有参 与成膜，或者微弧氧化膜中Cr含量很少，不足以用XRD监测到。微弧氧化工艺和配方如下 Na2SiO3 6g/L, NaAlO2 4g/L, NaOH lg/L，纳米 Cr 粉 2g/L，0P_105ml/L，电流密度 4A/dm2，时 间 IOmin。
权利要求
一种提高钛合金微弧氧化膜生长速度的方法，其特征是方法步骤为1)配置微弧氧化溶液微弧氧化溶液配方如下Na2SiO3 6g/L，NaAlO2 4g/L和NaOH 1g/L；2)向配置好的微弧氧化溶液中添加5mL/L OP 10；3)将步骤2溶液放在超声波震荡器中震荡10分钟后，加入0.5 6g/L的纳米Al粉或纳米Cr粉，纳米Al粉或纳米Cr粉的粒径范围20 50nm，再超声振荡1h；4)将步骤3得到溶液从超声波震荡器中取出，使用机械震荡器上下搅拌溶液，将试样和不锈钢阴极放入溶液中，并用导线分别连接微弧氧化电源的阳极和阴极，进行微弧氧化实验，电流密度4 6A/dm2，时间10 60min。
2.根据权利要求1所述的一种提高钛合金微弧氧化膜生长速度的方法，其特征是该方 法同样适用于其他的铝合金和镁合金。
全文摘要
一种提高钛合金微弧氧化膜生长速度的方法，其特征是方法步骤为1)配置微弧氧化溶液微弧氧化溶液配方如下Na2SiO3 6g/L，NaAlO2 4g/L和NaOH 1g/L；2)向配置好的微弧氧化溶液中添加5mL/L OP-10表面活性剂；3)将步骤2溶液放在超声波震荡器中震荡10分钟后，加入0.5-6g/L的纳米Al粉或纳米Cr粉，Al粉或纳米Cr粉的粒径范围20-50nm，再超声振荡1h；4)将步骤3得到溶液从超声波震荡器中取出，使用机械震荡器上下搅拌溶液，将试样和不锈钢阴极放入溶液中，并用导线分别连接微弧氧化电源的阳极和阴极，进行微弧氧化实验，电流密度4-6A/dm2，时间10-60min。本发明的优点是在相同的沉积工艺条件下，可使钛合金微弧氧化膜的生长速度提高0.1-3倍。
文档编号C25D11/26GK101892507SQ201010240258
公开日2010年11月24日 申请日期2010年7月29日 优先权日2010年7月29日
发明者冯长杰, 杜楠, 赵晴, 邵志松 申请人:南昌航空大学