CN102051655B

CN102051655B - 一种铍零件阳极氧化工艺

Info

Publication number: CN102051655B
Application number: CN2010106200431A
Authority: CN
Inventors: 张锐; 张强
Original assignee: Xian Aerospace Precision Electromechanical Institute
Current assignee: Xian Aerospace Precision Electromechanical Institute
Priority date: 2010-12-31
Filing date: 2010-12-31
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2030-12-31
Also published as: CN102051655A

Abstract

本发明的一种铍零件阳极氧化工艺，包括以下步骤：1）采用超声波酒精介质进行除油处理；2）对除油处理后的铍零件进行弱浸蚀处理；3）阳极氧化处理；本发明加强对零件的前处理工序，增加化学除油和弱浸蚀工序，解决了零件表面与溶液的浸润性，同时提高了对零件小孔和深槽内除油效果，且通过大量实验确定了弱浸蚀溶液的配方和参数，通过弱浸蚀溶液可以除去自然氧化膜，但对零件表面的粗糙度影响甚微，利用化学方法除去自然氧化膜，提高了铍阳极氧化膜层的质量，便于生成结合力好、质量高的氧化膜。

Description

一种铍零件阳极氧化工艺

技术领域

本发明涉及一种铍零件阳极氧化工艺。

背景技术

金属铍是最轻的碱土金属，具有密度小(是铝的2/3)、弹性模数高(是铝的5倍)、比钢度高(是铝的6.4倍)、热膨胀系数小、尺寸稳定性好，在数百度范围内能保持产品原来的尺寸等特点。金属铍已成为飞机和导弹结构件的优良材料。国内外航天高精度型号产品中陀螺、加表、台体等平台的主要结构零件均采用铍材(RJY-40)，陀螺、加表的零件均需要有一定的绝缘性能和防腐装饰性能。国外铍材零件大多采用钝化和阳极氧化工艺来满足产品性能的需要，而钝化工艺只能具有一定的防腐性能，不满足绝缘要求。在过去对零件表面处理前除油时采用汽油有机除油和氧化镁粉的手工除油，导致零件表面除油不彻底，因此氧化后膜层表面质量不均匀连续，在使用中存在的主要问题是氧化后绝缘性能在100MΩ/250V，氧化后零件个别点和棱角的绝缘不能通过兆欧表的检测，零件氧化膜层出现个别点不绝缘或者出现有白点，氧化膜的抗腐蚀性能比纯铍提高只有15倍左右等问题。

发明内容

为了解决现有技术中铍零件防腐性能和绝缘性能差的问题，本发明提供了一种铍零件阳极氧化工艺。

本发明的技术方案是：一种铍零件阳极氧化工艺，其特殊之处在于：包括以下步骤：

1】采用超声波酒精介质进行除油处理；

2】对除油处理后的铍零件进行弱浸蚀处理；

3】阳极氧化处理。

本发明的方法还包括除油处理后弱浸蚀处理前的铍零件化学除油处理步骤；所述化学除油处理所采用的除油液中Na₂CO₃10H₂O浓度为40～50g/L、NaOH浓度为3～5g/L、Na₃PO₄的浓度为20～30g/L；所述化学除油处理除油时间为3～5min，除油温度为60～80℃。

本发明的方法还包括经阳极氧化后的铍零件封闭处理步骤；所述封闭处理是在95～100℃的条件下采用去离子水进行封闭。

上述弱浸蚀处理所采用的弱浸蚀溶液中H₂SO₄浓度为50mL/L、H₃PO₄浓度为400mL/L以及CrO₃浓度为50g/L，浸蚀温度为40～60℃，浸蚀时间为3～5s。

上述阳极氧化处理采用含有NaOH浓度为200～250g/L、Na₃BO₄浓度为25～30g/L以及光亮剂浓度为18～20g/L的氧化溶液，氧化温度为：16～22℃，氧化时间为35～45min，电流密度为16～20A/dm²。

本发明铍零件阳极氧化工艺具有以下优点：

1、本发明加强对零件的前处理工序，增加化学除油和弱浸蚀工序，解决了零件表面与溶液的浸润性，同时提高了对零件小孔和深槽内除油效果。

2、本发明通过大量实验确定了弱浸蚀溶液的配方和参数，通过弱浸蚀溶液可以除去自然氧化膜，但对零件表面的粗糙度影响甚微，利用化学方法除去自然氧化膜，提高了铍阳极氧化膜层的质量，便于生成结合力好、质量高的氧化膜。

3、本发明通过提高NaOH溶液的浓度为200～250g/l，并在溶液中添加一定量的硼酸和光亮剂，提高了膜层的耐磨性和光亮度。

4、经本发明阳极氧化后的铍零件在去离子水中95～100℃的条件下进行封闭，在封闭的过程中氧化膜将生成水合氧化铍，以达到封孔的效果，防出现止在后续存放和加工的过程中吸附有害气体、杂质和空气中的水分，导致氧化膜层外观质量差，绝缘性能迅速下降的现象。

具体实施方式

本发明所涉及的一种铍零件阳极氧化工艺，其较佳的实施方式是：

该工艺方法包括以下实现步骤：

步骤1：采用超声波酒精介质进行有机除油处理；现有的方法中通常采用汽油除油后，由于汽油与水互溶性不好，往往在后续的氧化过程中氧化溶液不能均匀的浸润到零件的表面，因此本发明将汽油有机除油改为超声波酒精介质除油，这样不仅解决了零件表面与溶液的浸润性，同时提高了对零件小孔和深槽内除油效果。

步骤a：化学除油处理；经过在超声波酒精介质中进行有机除油后再采用化学制剂进行化学方法除油，为了进一步提高零件的除油效果，根据铍金属的化学性质和以往类似金属化学除油的配方，对化学除油的配方及参数进行了进一步的优化，即化学除油处理所采用的除油液中Na₂CO₃·10H₂O浓度为40～50g/L、NaOH浓度为3～5g/L以及Na₃PO₄的浓度为20～30g/L，除油时间为3～5min，除油温度为60～80℃，参见表1。

表1化学除油配方及参数

Na₂CO₃·10H₂O	40～50g/L
		NaOH	3～5g/L
Na₃PO₄	20～30g/L
		除油温度	60～80℃
除油时间	3～5min

步骤2：对除油处理后阳极氧化前的铍零件进行弱浸蚀处理。经有机除油和/或化学除油法处理后的铍零件再经过弱浸蚀溶液中浸洗，进行弱浸蚀处理；本发明的弱浸蚀处理所采用的弱浸蚀溶液中H₂SO₄浓度为50mL/L、H₃PO₄浓度为400mL/L以及CrO₃浓度为50g/L，且在浸蚀温度为40～60℃，浸蚀时间为3～5s的条件下进行，即参见表2。

表2弱浸蚀溶液的配方及参数

H₂SO₄	ρ＝1.84	50mL/L
			H₃PO₄	400mL/L
CrO₃		50g/L
			浸蚀温度	40～60℃
浸蚀时间		3～5s

步骤3：阳极氧化处理；

经除油、弱浸蚀处理后的铍零件可以进行阳极氧化处理，阳极氧化处理就是将前处理后的铍零件放入NaOH浓度为200～250g/L、Na₃BO₄浓度为25～30g/L以及光亮剂浓度为18～20g/L的氧化溶液中进行氧化，氧化温度控制在16～22℃范围内，氧化时间控制在35～45min范围内，电流密度控制在16～20A/dm²范围内，参见表3。

表3为氧化溶液的配方及参数

NaOH	200～250g/L
		Na₃BO₄	25～30g/L
光亮剂	18～20g/L
		操作温度	16～22℃
氧化时间	35～45min
		电流密度	16～20A/dm²

现有的阳极氧化一般是在80g/l的NaOH溶液中进行阳极氧化，所生产的膜层厚度较薄，绝缘性能和抗腐蚀性能较低，且绝缘性能随着零件的储存有所降低，针对此问题，本发明提高NaOH溶液的浓度至200～250g/l，并在溶液中添加一定量的硼酸和光亮剂以提高膜层的耐磨性和光亮度。

步骤4：经阳极氧化后的铍零件进行封闭处理。

由于铍材大多属于粉末冶金，经阳极氧化后，氧化膜层具有一定的孔隙率，在后续存放和加工的过程中容易吸附有害气体、杂质和空气中的水分，导致氧化膜层外观质量差，绝缘性能迅速下降，结合氧化膜的特点，本发明经过阳极氧化处理后的铍零件再在去离子水中95～100℃的条件下进行封闭，在封闭的过程中铍零件氧化膜将生成水合氧化铍，以达到封孔的效果。

本发明的阳极氧化工艺生产的铍零件，对其氧化膜性能进行测试，测试结果是：

1、膜层外观：采用新工艺进行的阳极氧化膜层为均匀的灰黑色至黑色，膜层连续，无白点等质量缺陷。

2、绝缘性能：采用新工艺进行试验件的氧化共生产氧化试片30余件，检测氧化膜绝缘性能均大于或等于250MΩ/250V。

3、耐腐蚀性能：耐腐蚀性的检查采用5％的CuSO₄的点滴试验，试验结果见表4。

表4：耐蚀性试验对比表

另外进行了5％的重铬酸钾+25ml的浓盐酸+75ml的去离子水的点滴试验，在纯铍上立即反应，氧化膜层上90s开始反应，120s膜层变红。

4、结合强度：结合强度采用划格法和热震法进行。

划格法：在试件的膜层上采用刀片划1mm×1mm的方格，在交叉点处膜层未出现起皮、脱落现象，结合强度良好。

热震法：将试件加热到220℃并保温30min，取出后立即放入冷水中，氧化膜层未见起皮、脱落现象，结合强度良好。

5、耐磨性能：将氧化的试件在牛皮纸上摩擦1000次以上没有出现膜层掉色、脱落现象。

本发明铍零件的氧化膜特点：

1、经本发明氧化后的零件，尺寸减小4～6μm，膜层颜色为灰黑至黑色。

2、本发明的膜层抗腐蚀性能比纯铍提高40倍以上。

3、本发明的膜层孔隙率较大，在雨季等潮湿的环境下，膜层绝缘性能有所下降，下降至100MΩ～250MΩ/250V之间，经烘干后绝缘强度可达250MΩ/250V以上。

4、本发明由于电化学氧化的特殊性，在零件上电流分布不均，零件的边缘、棱角膜层厚度大于正常值，在直径小于6mm，孔深大于孔径1倍的盲孔内无膜层。

Claims

1.一种铍零件阳极氧化工艺，其特征在于：包括以下步骤：

1】采用超声波酒精介质进行有机除油处理；

2】铍零件化学除油处理步骤；所述化学除油处理所采用的除油液中Na₂CO₃·10H₂O浓度为40~50g/L、NaOH浓度为3~5g/L、Na₃PO₄的浓度为20~30g/L；所述化学除油处理除油时间为3~5min，除油温度为60~80°C；

3】对经有机除油处理和/或化学除油法处理后的铍零件再采用弱浸蚀溶液进行弱浸蚀处理；所述弱浸蚀处理所采用的弱浸蚀溶液中H₂SO₄浓度为50mL/L、H₃PO₄浓度为400mL/L以及CrO₃浓度为50g/L，浸蚀温度为40~60°C，浸蚀时间为3~5s；

4】阳极氧化处理；所述阳极氧化处理采用含有NaOH浓度为200~250g/L、Na₃BO₄浓度为25~30g/L以及光亮剂浓度为18~20g/L的氧化溶液，氧化温度为：16~22°C，氧化时间为35~45min，电流密度为16~20A/dm²；

5】铍零件封闭处理步骤；所述封闭处理是在95~100°C的条件下采用去离子水进行封闭。