CN102409380B - 一种提高铝合金微弧氧化膜层耐蚀性的方法 - Google Patents

Abstract

一种提高铝合金微弧氧化膜层耐蚀性的方法，其工艺步骤为：将经过表面整理的预处理件与不锈钢对阴极分别连接电源的输出端口浸入微弧氧化电解液中进行微弧氧化。在交流不对称供电方式中对电参数中的反向占空比进行设置，通过控制反向占空比的比例及采用阶段性反向占空比的供电方法以达到提高铝合金微弧氧化膜层的耐蚀性能。本发明提供的方法很好的解决了膜层耐蚀性问题，同时本发明提供的方法，还能显著提高膜层表面形貌，能够获得更均匀、硬度更高、致密性更好的氧化膜层。

Description

一种提高铝合金微弧氧化膜层耐蚀性的方法

技术领域

本发明属于表面工程技术领域，特别涉及一种提高铝合金微弧氧化膜层耐蚀性的方法。

背景技术

铝及其合金应用非常广泛,这主要归功于它的高比强度和良好的可使用性,但是其硬度低,耐磨耐蚀性差,在某些领域应用受到限制。为提高铝合金的综合性能，可以采用表面处理，表面处理方法有很多，如：普通阳极氧化，硬质阳极氧化以及微弧氧化等工艺方法。铝合金的阳极氧化较为普遍，但是在实际生产中由于膜层的耐蚀性不足等问题，使得阳极氧化技术受到了一定的限制。为突破此瓶颈，在上世纪30年代初期，Betz等人第一次在报道中提出了铝合金在高压电场下，浸在液体中金属表面会出现火花放电现象，在实验中发现在此条件下也能生成氧化膜。直到20世纪70年代前后，美国伊利诺大学和德国卡尔·马克思工业大学的研究人员开始用直流和单向脉冲的供电方式研究阀金属的火花放电现象，之后很多学者开始研究单脉冲法在阀金属及其合金上的微弧氧化，微弧氧化技术已成为表面技术工程中一门研究的热点。

微弧氧化又称微等离子体氧化或阳极火花沉积,它是在金属表面获得陶瓷氧化膜的一种辅助等离子电化学过程，是一项新兴也是铝合金材料表面技术改性的一项重要突破性技术。微弧氧化技术通过微弧氧化的作用，其表面所形成的膜层具有膜层厚、硬度高、耐磨性强等各方面优异性能，其膜层耐蚀性虽比传统的阳极氧化膜层高出许多，但是仍然还不能够满足航空航天等技术方面的要求，因此对微弧氧化膜层耐蚀性的提高仍然是微弧氧化中的一个研究热点。

在微弧氧化中，电参数对微弧氧化膜层耐蚀性的影响很大，电参数主要包括有：电压、电流、脉冲频率、正向占空比等，有很多学者已对这些参数进行过研究。如吕宪义, 金曾孙等人在《吉林大学学报（理学版）》2005.43（1）：64-67中发表的题为“阴/阳极电流密度对铝合金微弧氧化陶瓷膜特性的影响”以及赵晖等人在《特种铸造及有色合金》2010.30（9）：800~803发表的文章“负向电流密度对镁合金微弧氧化电压及陶瓷膜的影响”中提出：为提高微弧氧化膜层的耐蚀性，不仅要控制阳极电流密度，阴极电流对膜层提高耐蚀性的作用也很大。又如蒋百灵等人在“ 铝合金微弧氧化技术”一文中提出：微弧氧化过程中电压不能过高，否则在实验过程中会产生烧蚀试样，这对膜层会产生毁灭性的作用。在电参数中控制电压和电流因素来提高膜层厚度以达到提高耐蚀性的作用， 其带来的效果不佳，也远达不到航空航天的要求，因为铝合金氧化膜在电流和电压的作用下具有其临限值，当超过这个临限值，膜层将会受到彻底的破坏。

    刘荣明等人在“铝合金微弧氧化工艺研究与机理分析”中提出了：随着脉冲频率的提升，膜层的生长速率及膜厚降低，但是膜层中致密层所占的比例随之逐渐升高，这对膜层耐蚀性的提高发挥了一定的作用；又如付翀，郑晶，李尧等人在《西安工程大学学报》中发表了一篇“电参数对铝合金微弧氧化陶瓷层结构特性的影响”中提到：占空比和频率对陶瓷氧化膜层的生长无明显影响，但是占空比越小、脉冲频率越大，其所获得的膜层表面的微孔越小，陶瓷层越致密，对膜层耐蚀性的提高起到了重要作用。

虽然上述中许多因素对膜层耐蚀性的提高都起到了作用，但是根据其参数进行氧化所获得的氧化膜层若不经封闭等后处理，耐盐雾腐蚀性能难以达到航空企业750小时的要求，膜层耐蚀性的提高没有得到突破。在交流不对称氧化中除了上述一些因素，还有一个重要因素：反向占空比。反向占空比在以往及现在的研究中仍不足，对于其对膜层的作用机理仍缺乏研究。

发明内容

本发明的目的在于针对目前微弧氧化技术中对微弧氧化膜层耐蚀性不足等问题，提供了一种铝合金微弧氧化膜层耐蚀性提高的供电方式。

本发明通过以下技术方案予以实现：将表面经过预处理的铝件以及不锈钢对阴极放入电解液中分别接入电源的正负输出端，在交流不对称的供电方式下对电参数中的反向占空比的比例进行调整，将反向占空比的比例从10%开始逐渐增加进行实验，增幅为5%,最大占空比比例不超过80%。

在氧化过程中采用阶段性反向占空比，在不同的氧化阶段采用不同的反向占空比，反向占空比的比例范围为50%~10%。

    微弧氧化夹具与电解液参数：采用铝丝做夹具，根据试样形状制作成所需要的形状，保证在微弧氧化过程中夹具与试样接触良好，微弧氧化温度应控制在70℃以下，微弧氧化中电解液参数为：硅酸钠5~15g/L，多聚磷酸钠2~10g/L，氢氧化钠0~5g/L。

   微弧氧化电参数设定为：采用交流不对称法，恒定电流、D_k正向=D_k负向= 4~10A/dm²、频率：100~800Hz、正向占空比：10~50%、氧化时间：30~120min。

   微弧氧化前、后处理：将需要氧化的试样在氧化前用乙醇等有机溶剂将表面油污清洗干净，再用去离子水进行冲洗再进行氧化；将氧化好的试样先在去离子水超声波中清洗10分钟，再用吹风机进行吹干，以减少在氧化过程中由于电解液渗入膜层孔洞中对膜层腐蚀，达到进一步提高膜层的耐蚀性。

本发明的技术效果：能在铝合金表面上得到高耐蚀性、高耐磨、高硬度、高结合力的高性能陶瓷氧化膜，经过FQY025型号盐雾试验机，对微弧氧化膜进行耐蚀性测试，铝合金微弧氧化膜的耐腐蚀时间超过1500H，经过1500H后的试样表面无明显的腐蚀斑点或痕迹。

具体实施方式

实施例1  

将反向占空比设置为10%。

将需要氧化的试样在氧化前用乙醇等有机溶剂将表面油污清洗干净，再用去离子水进行冲洗再进行氧化；采用铝丝做夹具，根据试样形状制作成所需要的形状，保证在微弧氧化过程中夹具与试样接触良好；在氧化过程中由于高压及大电流的作用使得溶液温度上升，而微弧氧化温度应控制在70℃以下，因此在氧化过程中需用循环冷却水进行溶液冷却。

微弧氧化中电解液参数为：硅酸钠5~15g/L，多聚磷酸钠2~10g/L，氢氧化钠0~5g/L。

微弧氧化电参数设定为：采用交流不对称法，恒定电流、D_k正向=D_k负向= 4~10A/dm²、频率：100~800Hz、正向占空比：10~50%、氧化时间：30~120min。   

将氧化好的试样先在去离子水超声波中清洗10分钟，再用吹风机进行吹干，以减少在氧化过程中由于电解液渗入膜层孔洞中对膜层腐蚀，达到进一步提高膜层的耐蚀性。

发现在实验后期弧光较没有加入反向占空比的细小、密集、均匀，经氧化后的试样，膜层表面呈灰色，非常均匀、较光滑。

实施例2

除将反向占空比设置为30%外，其他同实施例1。

所得现象及结果与实施例1所述的类似，但是其膜层厚度明显降低、表面粗糙度较之也明显降低。

实施例3

除将反向占空比设置为60%外，其他同实施例1。

所得现象及结果与实施例1所述的类似。

实施例4

除将反向占空比设置为80%外，其他同实施例1。

所得现象及结果与实施例2所述的类似。

实施例5

设定氧化时间为75min，其反向占空比的比例分别为：

其时间分配按照表中由左至右的顺序依次设置，将氧化时间分为3个阶段，其反向占空比的比例同样按照表中的顺序依次进行设置，其他工艺部分如实施例1。

在实验中发现，在氧化第一阶段过程中弧光先由小而多的弧光变大而少，到了第二个阶段弧光又变成小而多，随着氧化时间的增加，铝合金表面的弧光逐渐变大而少，第三阶段同前。氧化后获得膜层表面细致、光滑，进行性能测试，膜层厚度比上述的膜层要厚，在金相显微镜中观察其截面膜层，发现膜层更加致密；其膜层硬度较前者更高；在盐雾试验中，耐蚀性能表现更为优良，盐雾试验时间达到1500H以上。

实施例6

设定氧化时间为90min，其反向占空比的比例分别为：

其时间分配按照表中由左至右的顺序依次设置，将氧化时间分为3个阶段，其反向占空比的比例同样按照表中的顺序依次进行设置，其他工艺部分如实施例1。

    其实验现象与结果与实施例5所述的类似。

Claims (1)

1.一种提高铝合金微弧氧化膜层耐蚀性的方法，是将表面经过预处理的铝件以及不锈钢对阴极放入电解液中分别接入电源的正负输出端，在交流不对称的供电方式下对电参数中的反向占空比的比例进行调整，其特征在于在氧化过程中采用阶段性反向占空比，在不同的氧化阶段采用不同的反向占空比，反向占空比的比例范围为50%~10%。