CN102877102B - 一种阀金属材料快速微弧氧化的复合工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种阀金属材料快速微弧氧化的复合工艺，包括表面清洁处理，高速喷丸处理，微弧氧化及后处理，通过高速喷丸预处理工艺，在样品表面形成了亚微米或纳米量级晶粒的表面层、同时增加了表面粗糙度。在微弧氧化过程中，提高氧元素扩散能力以及金属基体的反应活性，材料的反应速度明显提高。同时，引入其它元素在氧化层中的浓度大大提高，进一步提高表面层的硬度、耐磨性和耐蚀性。

Description

一种阀金属材料快速微弧氧化的复合工艺
技术领域
本发明涉及一种阀金属材料微弧氧化的工艺，具体地说是涉及一种阀金属材料快速微弧氧化的复合工艺。
背景技术
微弧氧化属于等离子体电解沉积技术，是一项在有色金属表面原位生长陶瓷膜的新技术，陶瓷膜一般也叫无机膜，主要材料是性能稳定的氧化钛和氧化铝，这些材料通过溶胶凝胶法形成膜层。原位生长是指膜层在基体表面直接从基体转化生成的，不同于电镀、陶瓷喷涂等把外来物料涂覆在金属表面形成的膜层；阳极氧化膜同基体结合良好，但不具备陶瓷膜的高耐磨损及耐腐蚀性能。微弧氧化直接把基体金属氧化烧结成氧化物陶瓷膜，不从外引入陶瓷物料，使微弧氧化膜既有陶瓷膜的高性能，又保持了阳极氧化膜与基体的结合力。
铝、镁、锆、钛等阀金属及其合金经微弧氧化处理可制备出表面耐磨、耐蚀甚至具有生物活性的金属基表面陶瓷材料，在工业、医疗等领域具有广阔地应用前景。提高生产效率、节约能耗是此项技术急需解决的问题。
中国专利公开号CN1772968A，公开日为2006年5月17日，名称为一种镁合金表面微弧氧化的方法，该申请案公开了一种镁合金表面微弧氧化的方法，通过以下步骤实现：1，预处理；2，配置碱性硅酸盐电解液或碱性铝酸盐电解液；3，将预处理过的镁合金放入碱性硅酸盐电解液或碱性铝酸盐电解液中微弧氧化；通入直流电，电压不断升高，恒电流，电流密度1-15A/dm2，通电时间5-90min，电解液温度始终小于40℃。其不足之处为，所得的微弧氧化膜耐污性、耐刮性和致密性较差。
发明内容
本发明的目的在于，克服上述现有技术中微弧氧化膜的耐污性、耐刮性和致密性较差的缺陷提供一种提高表面层的硬度、耐磨性和耐蚀性的阀金属材料快速微弧氧化的复合工艺。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种阀金属材料快速微弧氧化的复合工艺，所述复合工艺的步骤如下：
a）阀金属材料的预处理，对阀金属材料表面进行化学除油，将阀金属材料浸入除油液，每升除油液用脱脂粉15-40g，除油时间10-25min，温度50-75℃，将上述经过化学除油的阀金属材料放入40-50℃热水中清洗多次；将经过热水洗的阀金属材料放入冷水清洗，然后干燥；
b）阀金属材料表面高速喷丸处理，将步骤a）所预处理后的阀金属材料表面进行高速喷丸处理，通过400-600m/s的气流速度喷至阀金属材料表面，喷丸时间为1-2h，喷射角度为75°-90°；
c）微弧氧化，对步骤b）高度喷丸处理后的阀金属材料进行微弧氧化，电解液包括硅酸钠溶液、甘油和水，其中，硅酸钠溶液0.03-0.3mol/L，甘油5-10ml/L，所用电源为脉冲电源，电压范围为150-550V，电解液温度为15-30℃，时间为30s-30min，氧化层厚度1μm-500μm，多孔层的孔隙率范围为2.7%-14.5%，孔径的平均大小为1.1μm-23.7μm；
d）将步骤c）微弧氧化后所得的阀金属材料进行后处理，对微弧氧化后的阀金属材料进行清洗。在本技术方案中，步骤b）使用高速喷丸的目的是，大量高速弹丸以一定频率持续作用于零件表面，零件表面产生剧烈塑性变形。首先产生一定量位错，随后塑性变形以孪生为主，产生多系孪晶且发生强烈交割作用，使晶粒尺寸不断减小，最终在大的应变量，高应变速率和多方向重复载荷作用下，形成等轴状、随机取向的纳米?亚微米晶粒。随着距离表面深度的增加，表面层的组织依次为纳米晶、亚微米晶、大塑性变形区、残余应力区及原基体组织等几部分。在微弧氧化过程中，由于在晶粒内部有大量的含有较高能量、非平衡的位错和亚晶界等晶体缺陷为元素提供快速扩散通道，所以氧元素的扩散能力明显增加；同时，引入其它元素在氧化层中的浓度大大提高，进一步提高表面层的硬度、耐磨性和耐蚀性。
作为优选，所述阀金属材料包括铝、锆、钛等阀金属或铝合金、钛合金、镁合金等。
作为优选，其特征在于，步骤b）中高速喷丸所用的喷丸材料为硬质合金，直径为0.5-2mm。
本发明的有益效果是，通过高速喷丸预处理工艺，在样品表面形成了亚微米或纳米量级晶粒的表面层、同时增加了表面粗糙度。在微弧氧化过程中，提高氧元素扩散能力以及金属基体的反应活性，材料的反应速度明显提高。
附图说明
图1是本发明经1h高能喷丸处理后纯钛的电镜照片。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步的解释：
实施例一：
一种阀金属材料快速微弧氧化的复合工艺，所述复合工艺的步骤如下：
a）阀金属材料的预处理，阀金属材料选用纯钛，对纯钛表面进行化学除油，将纯钛浸入除油液，每升除油液用脱脂粉15g，除油时间10min，温度50℃，将上述经过化学除油的纯钛放入40℃热水中清洗多次；将经过热水洗的纯钛放入冷水清洗，然后干燥；
b）阀金属材料表面高速喷丸处理，将步骤a）预处理后的纯钛表面进行高速喷丸处理，喷丸材料为硬质合金，直径为0.5mm，通过400m/s的气流速度喷至纯钛表面，喷丸时间为1h，喷射角度为75°；
c）对步骤b）高速喷丸后的纯钛进行微弧氧化，电解液包括硅酸钠溶液、甘油和水，其中，硅酸钠溶液0.03mol/L，甘油5ml/L，所用电源为脉冲电源，电压范围为150V，电解液温度为15℃，时间为30s，氧化层厚度1μm，多孔层的孔隙率为2.7%，孔径的大小为1.1μm；
d）将步骤c）微弧氧化后所得的纯钛进行后处理，对氧化后的纯钛进行清洗。
实施例二
一种阀金属材料快速微弧氧化的复合工艺，所述复合工艺的步骤如下：
a）阀金属材料的预处理，阀金属材料选用AZ31镁合金，对镁合金表面进行化学除油，将镁合金浸入除油液，每升除油液用脱脂粉25g，除油时间20min，温度65℃，将上述经过化学除油的镁合金放入45℃热水中清洗多次；将经过热水洗的镁合金放入冷水清洗，然后干燥；
b）镁合金表面高速喷丸处理，将步骤a）预处理后的镁合金表面进行高速喷丸处理，喷丸材料为硬质合金，直径为1mm，通过500m/s的气流速度喷至镁合金表面，喷丸时间为1.5h，喷射角度为80°；
c）对步骤b）预处理后的镁合金进行微弧氧化，电解液包括硅酸钠溶液、甘油和水，其中，硅酸钠溶液0.1mol/L，甘油8ml/L，所用电源为脉冲电源，电压范围为300V，电解液温度为20℃，时间为15min，氧化层厚度200μm，多孔层的孔隙率为8.7%，孔径的大小为10μm；
d）将步骤c）微弧氧化后所得的镁合金进行后处理，对氧化后的镁合金进行清洗。
实施例三
一种阀金属材料快速微弧氧化的复合工艺，所述复合工艺的步骤如下：
a）阀金属材料的预处理，阀金属材料选用纯铝，对纯铝表面进行化学除油，将纯铝浸入除油液，每升除油液用脱脂粉40g，除油时间25min，温度75℃，将上述经过化学除油的纯铝放入50℃热水中清洗多次；将经过热水洗的纯铝放入冷水清洗，然后干燥；
b）纯铝表面高速喷丸处理，将步骤a）预处理后的纯铝表面进行高速喷丸处理，喷丸材料为硬质合金，直径为2mm，通过600m/s的气流速度喷至阀金属材料表面，喷丸时间为2h，喷射角度为90°；
c）对步骤b）预处理后的纯铝进行微弧氧化，电解液包括硅酸钠溶液、甘油和水，其中，硅酸钠溶液0.3mol/L，甘油10ml/L，所用电源为脉冲电源，电压范围为550V，电解液温度为30℃，时间为30min，氧化层厚度500μm，多孔层的孔隙率为14.5%，孔径的平均大小为23.7μm；
d）将步骤c）微弧氧化后所得的纯铝进行后处理，对氧化后的纯铝进行清洗。
实施例四
实施例四的步骤与实施例一相同，不同之处在于，实施例四所用的阀金属材料为纯锆。
实施例五
实施例五的步骤与实施例一相同，不同之处在于，实施例五所用的阀金属材料为LD11铝合金。
实施例六
实施例六的步骤与实施例二相同，不同之处在于，实施例六所用的阀金属材料为TC3钛合金。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明的精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求所定义的范围。

Claims (1)

1.一种阀金属材料快速微弧氧化的复合工艺，其特征在于，所述复合工艺的步骤如下：
a）阀金属材料的预处理，阀金属材料选用纯锆，对纯锆表面进行化学除油，将纯锆浸入除油液，每升除油液用脱脂粉15g，除油时间10min，温度50℃，将上述经过化学除油的纯锆放入40℃热水中清洗多次；将经过热水洗的纯锆放入冷水清洗，然后干燥；
b）阀金属材料表面高速喷丸处理，将步骤a）预处理后的纯锆表面进行高速喷丸处理，喷丸材料为硬质合金，直径为0.5mm，通过400m/s的气流速度喷至纯锆表面，喷丸时间为1h，喷射角度为75°；
c）对步骤b）高速喷丸后的纯锆进行微弧氧化，电解液包括硅酸钠溶液、甘油和水，其中，硅酸钠溶液0.03mol/L，甘油5ml/L，所用电源为脉冲电源，电压范围为150V，电解液温度为15℃，时间为30s；
d）将步骤c）微弧氧化后所得的纯锆进行后处理，对氧化后的纯锆进行清洗。
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