CN104947166A - 一种基于固溶时效预处理铝合金微弧氧化工艺方法 - Google Patents

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毛向阳
薛亚军
殷俊
张成煜
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张月
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李博
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Abstract

本发明涉及铝合金的表面处理，特指一种用于铝合金零件的耐磨、耐蚀表面处理方法，具体地，为一种基于固溶时效预处理铝合金微弧氧化工艺方法。本发明针对铝合金为材质的零件，采用微弧氧化技术，在铝合金表面制备耐磨、耐蚀的陶瓷层。其工艺流程包括固溶处理、时效处理、打磨、抛光、微弧氧化处理；微弧氧化处理后，获得80～90μm陶瓷层。本发明制备的微弧氧化陶瓷层厚度较厚而用时较短，具有工艺简便、成本低、绿色环保、陶瓷层结合力强、适于批量生产等特点，可提高铝合金表面耐磨性、耐蚀性。

Description

一种基于固溶时效预处理铝合金微弧氧化工艺方法
技术领域
本发明涉及铝合金的表面处理，特指一种用于铝合金零件的耐磨、耐蚀表面处理方法,具体地，为一种基于固溶时效预处理铝合金微弧氧化工艺。
背景技术
铝及其合金因质轻、比强度高、导电(热)性好等优点而成为轻量化制造的主要材料。由于铝及其合金本身的耐磨性、耐腐性等性能的不足，限制了它更广泛的应用。
微弧氧化微弧氧化(Microarc Oxidation)又称等离子体微弧氧化(Microplasma Oxidation)，是一种绿色环保、效果良好的表面处理技术，就是将Al或其合金置于电解质水溶液中，在高温高压、热化学、等离子体化学和电化学等共同作用下使材料的表面产生火花放电斑点生成陶瓷膜层的方法。它使电化学生成的氧化膜经过微等离子体的高温高压作用发生相和结构的变化，从而使无序结构的氧化膜变成含有一定结晶态的α-Al2O3相(也称刚玉)和γ-Al2O3相的致密陶瓷膜，微弧氧化生产的陶瓷膜具有极高的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。
对铝合金进行微弧氧化处理能大大拓宽铝合金的应用范围，而微弧氧化膜层的质量又直接影响到其应用性能。目前，通常采用电解液组成和电参数工艺(例如：微弧氧化施加的电压、氧化时间、电流密度、占空比、频率等参数)的优化组合，获得具有一定厚度的陶瓷层。
微弧氧化工艺中，陶瓷层的形成主要受电压、时间的控制。增加施加的电压，微弧氧化膜厚度增加速率快；氧化时间延长，也能在一定程度上增加陶瓷膜层的厚度，但与时间不成正比例关系。提高施加电压，一方面受到微弧氧化设备性能的限制，另一方面，过高的施加电压，会降低氧化膜层的性能；同时，微弧氧化过长时间越长，增加氧化膜层的粗糙度。该发明公开了一种基于固溶时效预处理铝合金微弧氧化工艺，首先将待微弧氧化的零件在一定温度下进行固溶、时效处理，然后采用表面进行打磨、抛光处理，清洗后进行微弧氧化处理，得到厚度较大、结合良好的微弧氧化陶瓷层。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于，提出一种基于固溶时效预处理铝合金微弧氧化工艺方法，其基于微弧氧化前的固溶处理和随后的时效处理相结合，利用固溶时效相结合处理后，有利于铝合金基体内强化相分布均匀和细化，改善铝合金表面性能的均匀性，有助于铝合金表面微弧氧化反应快速的、均匀的进行。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于固溶时效预处理铝合金微弧氧化工艺方法，包括如下步骤：
A)固溶处理，将待微弧氧化铝合金在温度510-515℃下保持45-55min后，进行炉冷；
B)时效处理，将上述固溶处理后的铝合金在200-215℃下保持2-8h后，进行空冷；
C)表面处理，将经时效处理的铝合金表面进行处理；
D)微弧氧化，将经上述步骤处理的铝合金在电解液中进行微弧氧化处理，制备陶瓷层；其中，电解液各组成成分的浓度为：硅酸钠为6-8g/L，氢氧化钠为1-1.5g/L，氟化钠为0.5-1.0g/L，硫酸钴为0.6-0.7g/L；
电参数设置：正电压435-460V，正电压频率260-280Hz，正电压占空比为50％-55％；负电压65-110V；负电压频率80-110Hz，负电压占空比为25％-30％，微弧氧化时间为15-25min。
优选地，步骤A)中，将待微弧氧化铝合金在温度513℃下保持50min后，进行炉冷。
优选地，步骤B)中，将固溶处理后的铝合金在210℃下保持5h后，进行空冷。
优选地，步骤C)中，将经时效处理的铝合金表面进行打磨、抛光处理后，再用去离子水超声波震荡清洗。
优选地，步骤D)中，电解液各组成成分的浓度为：硅酸钠为7g/L，氢氧化钠为1.3g/L，氟化钠为0.8g/L，硫酸钴为0.6g/L。
优选地，步骤D)中，电参数设置：正电压450V，正电压频率270Hz，正电压占空比为53％；负电压100V；负电压频率100Hz，负电压占空比为28％，微弧氧化时间为20min。
优选地，所述铝合金为Al-Mg-Si合金、Al-Si合金或Al-Cu合金。
本发明所达到的有益技术效果：
1.本发明由于在微弧氧化前，采用了固溶时效处理，改善了铝合金基体中强化相形状和尺寸，处理后的强化相分布均匀且细化。
2.本发明另一个明显优点是，经过对铝合金的固溶时效处理后，改善了铝合金表面性能，增加了铝合金表面微弧氧化速度的均匀性。
3.本发明制备的陶瓷层，具有层厚、厚度均匀、结合良好的优点。
附图说明
图1本发明经固溶时效的微弧氧化陶瓷层截面金相图；
图2本发明经固溶时效的微弧氧化陶瓷层表面的X射线衍射图谱；
图3本发明未经固溶时效的微弧氧化陶瓷层截面金相图；
图4本发明未经固溶时效的微弧氧化陶瓷层表面的X射线衍射图谱。
具体实施方式
为了能更好的了解本发明的技术特征、技术内容及其达到的技术效果，现将本发明的附图结合实施例进行更详细的说明。
下面结合附图和实施例对本发明专利进一步说明。
本发明提供一种基于固溶时效预处理铝合金微弧氧化工艺方法，包括如下步骤：
A)固溶处理，将待微弧氧化铝合金在温度510-515℃下保持45-55min，优选地，在温度513℃下保持50min后，进行炉冷；
B)时效处理，将上述固溶处理后的铝合金在200-215℃下保持2-8h，优选地，在210℃下保持5h后，进行空冷；
C)表面处理，将经时效处理的铝合金表面进行处理，处理过程为先将铝合金表面进行打磨、抛光处理后，再用去离子水超声波震荡清洗；
D)微弧氧化，将经上述步骤处理的铝合金在电解液中进行微弧氧化处理，制备陶瓷层；其中，电解液各组成成分的浓度为：Na2SiO3为6-8g/L，NaOH为1-1.5g/L，NaF为0.5-1.0g/L，CoSO4为0.6-0.7g/L；
电参数设置：正电压435-460V，正电压频率260-280Hz，正电压占空比为50％-55％；负电压65-110V；负电压频率80-110Hz，负电压占空比为25％-30％，微弧氧化时间为15-25min。
优选地，电解液各组成成分的浓度为：Na2SiO3为7g/L，NaOH为1.3g/L，NaF为0.8g/L，CoSO4为0.6g/L。
电参数设置：正电压450V，正电压频率270Hz，正电压占空比为53％；负电压100V；负电压频率100Hz，负电压占空比为28％，微弧氧化时间为20min。
本发明可以微弧氧化各种铝合金，包括Al-Mg-Si合金、Al-Si合金或Al-Cu合金。
实施例1
为了更好的说明本发明提供的工艺方法的效果，对6063铝合金进行固溶处理：515℃、保温55min，炉冷；时效处理：215℃、保温4h，空冷。在电解液各组成成分浓度为，Na2SiO3：6g/L；NaOH：1g/L；NaF1.0g/L；CoSO40.6g/L。电参数设置：正电压44V 0；正电压频率280Hz；正电压占空比为55％；负电压100V；负电压频率110Hz；负电压占空比为30％；微弧氧化时间为20min，得到80～90μm、主要由α-Al2O3相和γ-Al2O3相组成的致密陶瓷膜，如图1-2所示。
经过实验观察，未经固溶时效处理，铝合金微弧氧化陶瓷层厚度较薄，而经本发明的工艺处理后得到的浸铝层厚度增加显著，参见图1-4。
以上已以较佳实施例公布了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采取等同替换或等效变换的方案所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于固溶时效预处理铝合金微弧氧化工艺方法，其特征在于：包括如下步骤：
A)固溶处理，将待微弧氧化铝合金在温度510-515℃下保持45-55min后，进行炉冷；
B)时效处理，将上述固溶处理后的铝合金在200-215℃下保持2-8h后，进行空冷；
C)表面处理，将经时效处理的铝合金表面进行处理；
D)微弧氧化，将经上述步骤处理的铝合金在电解液中进行微弧氧化处理，制备陶瓷层；其中，电解液各组成成分的浓度为：硅酸钠为6-8g/L，氢氧化钠为1-1.5g/L，氟化钠为0.5-1.0g/L，硫酸钴为0.6-0.7g/L；
电参数设置：正电压435-460V，正电压频率260-280Hz，正电压占空比为50％-55％；负电压65-110V；负电压频率80-110Hz，负电压占空比为25％-30％，微弧氧化时间为15-25min。
2.根据权利要求1所述的基于固溶时效预处理铝合金微弧氧化工艺方法，其特征在于：步骤A)中，将待微弧氧化铝合金在温度513℃下保持50min后，进行炉冷。
3.根据权利要求1所述的基于固溶时效预处理铝合金微弧氧化工艺方法，其特征在于：步骤B)中，将固溶处理后的铝合金在210℃下保持5h后，进行空冷。
4.根据权利要求1所述的基于固溶时效预处理铝合金微弧氧化工艺方法，其特征在于：步骤C)中，将经时效处理的铝合金表面进行打磨、抛光处理后，再用去离子水超声波震荡清洗。
5.根据权利要求1所述的基于固溶时效预处理铝合金微弧氧化工艺方法，其特征在于：步骤D)中，电解液各组成成分的浓度为：硅酸钠为7g/L，氢氧化钠为1.3g/L，氟化钠为0.8g/L，硫酸钴为0.6g/L。
6.根据权利要求1所述的基于固溶时效预处理铝合金微弧氧化工艺方法，其特征在于：步骤D)中，电参数设置：正电压450V，正电压频率270Hz，正电压占空比为53％；负电压100V；负电压频率100Hz，负电压占空比为28％，微弧氧化时间为20min。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的基于固溶时效预处理铝合金微弧氧化工艺方法，其特征在于：所述铝合金为Al-Mg-Si合金、Al-Si合金或Al-Cu合金。
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