CN107043951B - 一种铝锂合金制件的阳极氧化方法 - Google Patents

一种铝锂合金制件的阳极氧化方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于金属表面处理技术领域，涉及一种针对铝锂合金的阳极氧化方法。本发明阳极氧化的步骤如下:清洗除油；表面脱氧处理；表面阳极氧化处理；封闭处理。本发明提出了一种针对铝锂合金的阳极氧化方法，提高了成膜效率和膜层性能，减小了对基体的疲劳性能的影响。

Description

一种铝锂合金制件的阳极氧化方法
技术领域
本发明属于金属表面处理技术领域，涉及一种针对铝锂合金的阳极氧化方法。
背景技术
铝锂合金具有轻质高强高弹性模量的优点，是目前航空领域应用前景广泛的结构材料。合金中含有较高百分比的锂元素，化学性质活泼，易于与外界环境发生反应发生腐蚀，必须采用表面防护技术提高其抗腐蚀能力，保证材料能够满足装备的耐蚀性要求。针对铝及铝合金的表面防护方法一般是阳极氧化，包括传统的铬酸阳极氧化和硫酸阳极氧化方法。针对铝锂合金也可用传统阳极氧化方法进行防护，但其成膜效率较低，膜层性能较差，且对基体的疲劳性能影响较大。
发明内容
本发明的目的是：提出一种针对铝锂合金的阳极氧化方法，以便提高成膜效率和膜层性能，减小对基体的疲劳性能的影响。
本发明的技术方案是：一种铝锂合金制件的阳极氧化方法，其特征在于，阳极氧化的步骤如下:
1、清洗除油：将制件放在丙酮溶液中进行超声清洗至少5min；
2、表面脱氧处理：先将制件放在浓度为20g/L～35g/L的氢氧化钠溶液中进行碱腐蚀，氢氧化钠溶液的温度为40℃～50℃，碱腐蚀时间为1min～2min，取出后用去离子水清洗试样表面；然后将制件放在出光溶液中进行出光，出光溶液为浓度为210mL/L～350mL/L的硝酸溶液，出光时间为1min～3min，取出后用去离子水清洗试样表面；
3、表面阳极氧化处理：
3.1、配制阳极氧化溶液：阳极氧化溶液是硫酸、硼酸钠和硫酸锂的水溶液，阳极氧化溶液中硫酸锂的浓度为1×10-3M～5×10-2M，硫酸浓度为0.5M～0.8M，硼酸钠浓度为6×10-2M～8×10-1M；
3.2、阳极氧化：阳极氧化溶液的温度维持在20℃～35℃之间，阳极氧化电压为12V～22V，阳极氧化处理时间为15min～45min；
4、封闭处理：阳极氧化后的制件在93℃～98℃的重铬酸盐溶液中浸泡20min～25min，重铬酸盐溶液为浓度在40g/L～60g/L的铬酸钠水溶液。
本发明的优点是：提出了一种针对铝锂合金的阳极氧化方法，提高了成膜效率和膜层性能，减小了对基体的疲劳性能的影响。
具体实施方式
下面对本发明做进一步详细说明。一种铝锂合金制件的阳极氧化方法，其特征在于，阳极氧化的步骤如下:
1、清洗除油：将制件放在丙酮溶液中进行超声清洗至少5min，去除制件表面油渍；
2、表面脱氧处理：先将制件放在浓度为20g/L～35g/L的氢氧化钠溶液中进行碱腐蚀，氢氧化钠溶液的温度为40℃～50℃，碱腐蚀时间为1min～2min，取出后用去离子水清洗试样表面；然后将制件放在出光溶液中进行出光，出光溶液为浓度为210mL/L～350mL/L的硝酸溶液，出光时间为1min～3min，取出后用去离子水清洗试样表面；通过碱腐蚀、出光去除制件表面氧化皮；
3、表面阳极氧化处理：
3.1、配制阳极氧化溶液：阳极氧化溶液是硫酸、硼酸钠和硫酸锂的水溶液，阳极氧化溶液中硫酸锂的浓度为1×10-3M～5×10-2M，硫酸浓度为0.5M～0.8M，硼酸钠浓度为6×10-2M～8×10-1M，阳极氧化溶液稳定、快速、高效；
3.2、阳极氧化：阳极氧化溶液的温度维持在20℃～35℃之间，阳极氧化电压为12V～22V，阳极氧化处理时间为15min～45min，适用于铝锂合金制件阳极氧化处理；
4、封闭处理：阳极氧化后的制件在93℃～98℃的重铬酸盐溶液中浸泡20min～25min，重铬酸盐溶液为浓度在40g/L～60g/L的铬酸钠水溶液，封闭后制件有较好的耐蚀性。
所述阳极氧化溶液中硫酸锂浓度为0.01M～0.02M，硫酸浓度为0.55M～0.65M，硼酸钠浓度为0.5M～0.6M，此时制件的阳极氧化效率最高。
所述阳极氧化处理过程中的阳极氧化溶液的温度维持在28℃±1℃，阳极氧化电压为17V±1V，阳极氧化处理时间为30min±2min，此时制件的阳极氧化效率最高。
阴极的面积不小于铝锂合金制件的总表面积，确保制件表面阳极氧化膜层均匀、致密。
本发明的工作原理是：本发明是在常规硫酸阳极氧化工艺的基础上，减小了硫酸的浓度，同时增加了中性硼酸钠、硫酸锂。由于硫酸浓度的减小，降低了阳极氧化过程中对阳极氧化膜层的溶解，提高了阳极氧化膜阻挡层的厚度；同时添加中性硼酸钠有助于阻挡层的形成。在阳极氧化溶液中添加硫酸锂，能够影响铝锂合金阳极氧化膜层的厚度、膜层致密度，最终改善阳极氧化膜层的全面性能。
实施例1
阳极氧化方法的过程如下：
1、试验材料为2297铝锂合金板材，尺寸为50mm×100mm×3mm；
2、将制件放在丙酮溶液中进行超声清洗6min；
3、将制件装挂在铝合金挂具上；
4、先将制件放在浓度为20g/L的氢氧化钠溶液中进行碱腐蚀，氢氧化钠溶液的温度为40℃，碱腐蚀时间为2min，取出后用去离子水清洗试样表面；然后将制件放在出光溶液中进行出光，出光溶液为浓度为210mL/L的硝酸溶液，出光时间为3min，取出后用去离子水清洗试样表面；
5、配制阳极氧化溶液：阳极氧化溶液是硫酸、硼酸钠和硫酸锂的水溶液，阳极氧化溶液中硫酸锂的浓度为1×10-3M，硫酸浓度为0.5M，硼酸钠浓度为6×10-2M；
6、阳极氧化：阳极氧化溶液的温度维持在20℃，阳极氧化电压为12V，阳极氧化处理时间为15min；采用纯铅板作为阴极，铝锂合金试样作为阳极；试样下槽1min施加电压，以5V/min的速率升至12V，；
7、封闭处理：阳极氧化后的制件在93℃的重铬酸盐溶液中浸泡20min，重铬酸盐溶液为浓度在60g/L的铬酸钠水溶液(测试结合力的试样不进行此步骤)；
8、在测试结合力的制件表面喷涂厚度为20μm的环氧底漆，按要求进行充分固化。
实施例2
阳极氧化方法的过程如下：
1、试验材料为2A97铝锂合金板材，尺寸为50mm×100mm×3mm；
2、将制件放在丙酮溶液中进行超声清洗7min；
3、将制件装挂在铝合金挂具上；
4、先将制件放在浓度为30g/L的氢氧化钠溶液中进行碱腐蚀，氢氧化钠溶液的温度为45℃，碱腐蚀时间为1.5min，取出后用去离子水清洗试样表面；然后将制件放在出光溶液中进行出光，出光溶液为浓度为280mL/L的硝酸溶液，出光时间为2min，取出后用去离子水清洗试样表面；
5、配制阳极氧化溶液：阳极氧化溶液是硫酸、硼酸钠和硫酸锂的水溶液，阳极氧化溶液中硫酸锂的浓度为1×10-2M，硫酸浓度为0.65M，硼酸钠浓度为0.1M；
6、阳极氧化：阳极氧化溶液的温度维持在28℃，阳极氧化电压为17V，阳极氧化处理时间为30min；采用纯铅板作为阴极，铝锂合金试样作为阳极；试样下槽1min施加电压，以5V/min的速率升至17V，；
7、封闭处理：阳极氧化后的制件在95℃的重铬酸盐溶液中浸泡23min，重铬酸盐溶液为浓度在50g/L的铬酸钠水溶液(测试结合力的试样不进行此步骤)；
8、在测试结合力的制件表面喷涂厚度为20μm的环氧底漆，按要求进行充分固化。
实施例3
阳极氧化方法的过程如下：
1、试验材料为2095铝锂合金板材，尺寸为50mm×100mm×3mm；
2、将制件放在丙酮溶液中进行超声清洗8min；
3、将制件装挂在铝合金挂具上；
4、先将制件放在浓度为35g/L的氢氧化钠溶液中进行碱腐蚀，氢氧化钠溶液的温度为50℃，碱腐蚀时间为1min，取出后用去离子水清洗试样表面；然后将制件放在出光溶液中进行出光，出光溶液为浓度为350mL/L的硝酸溶液，出光时间为1min，取出后用去离子水清洗试样表面；
5、配制阳极氧化溶液：阳极氧化溶液是硫酸、硼酸钠和硫酸锂的水溶液，阳极氧化溶液中硫酸锂的浓度为5×10-2M，硫酸浓度为0.8M，硼酸钠浓度为0.8M；
6、阳极氧化：阳极氧化溶液的温度维持在35℃，阳极氧化电压为22V，阳极氧化处理时间为45min；采用纯铅板作为阴极，铝锂合金试样作为阳极；试样下槽1min施加电压，以5V/min的速率升至22V，；
7、封闭处理：阳极氧化后的制件在98℃的重铬酸盐溶液中浸泡25min，重铬酸盐溶液为浓度在40g/L的铬酸钠水溶液(测试结合力的试样不进行此步骤)；
8、在测试结合力的制件表面喷涂厚度为20μm的环氧底漆，按要求进行充分固化。
表1根据前面实施例处理的试样的性质比较
(1)根据“GB/T 10125人造气氛腐蚀试验盐雾试验”进行阳极氧化膜层的耐蚀性试验。
(2)根据“GB/T 9286色漆和清漆漆膜的划格试验”进行阳极氧化膜与有机漆膜的结合力试验。
参见表1，通过对本发明实施例试样与比较例试样阳极氧化膜性能测试结果比较可以看出，本发明制备的阳极氧化膜耐蚀性、与有机漆膜结合力均达到并超过铬酸阳极氧化、硫酸阳极氧化的性能指标。
与现有技术相比，本发明技术方案提出一种铝锂合金制件的阳极氧化方法，采用本发明制备的阳极氧化膜层耐蚀性好、与有机漆膜结合性能优异、对基体疲劳性能影响低，具有针对性强、工艺简单、性能稳定、成膜效率高、综合性能优异等优点。

Claims (6)

1.一种铝锂合金制件的阳极氧化方法，其特征在于，阳极氧化的步骤如下:
1.1、清洗除油：将制件放在丙酮溶液中进行超声清洗至少5min；
1.2、表面脱氧处理：先将制件放在浓度为20g/L～35g/L的氢氧化钠溶液中进行碱腐蚀，氢氧化钠溶液的温度为40℃～50℃，碱腐蚀时间为1min～2min，取出后用去离子水清洗试样表面；然后将制件放在出光溶液中进行出光，出光溶液为浓度为210mL/L～350mL/L的硝酸溶液，出光时间为1min～3min，取出后用去离子水清洗试样表面；
1.3、表面阳极氧化处理：
1.3.1、配制阳极氧化溶液：阳极氧化溶液是硫酸、硼酸钠和硫酸锂的水溶液，阳极氧化溶液中硫酸锂的浓度为1×10-3M～5×10-2M，硫酸浓度为0.5M～0.8M，硼酸钠浓度为6×10- 2M～8×10-1M；
1.3.2、阳极氧化：阳极氧化溶液的温度维持在20℃～35℃之间，阳极氧化电压为12V～22V，阳极氧化处理时间为15min～45min；
1.4、封闭处理：阳极氧化后的制件在93℃～98℃的重铬酸盐溶液中浸泡20min～25min，重铬酸盐溶液为浓度在40g/L～60g/L的铬酸钠水溶液。
2.根据权利要求1所述的铝锂合金制件的阳极氧化方法，其特征在于：所述阳极氧化溶液中硫酸锂浓度为0.01M～0.02M，硫酸浓度为0.55M～0.65M，硼酸钠浓度为0.5M～0.6M。
3.根据权利要求1所述的铝锂合金制件的阳极氧化方法，其特征在于：所述阳极氧化处理过程中的阳极氧化溶液的温度维持在28℃±1℃，阳极氧化电压为17V±1V，阳极氧化处理时间为30min±2min。
4.根据权利要求2所述的铝锂合金制件的阳极氧化方法，其特征在于：所述阳极氧化处理过程中的阳极氧化溶液的温度维持在28℃±1℃，阳极氧化电压为17V±1V，阳极氧化处理时间为30min±2min。
5.根据权利要求1、2或3所述的铝锂合金制件的阳极氧化方法，其特征在于：阴极的面积不小于铝锂合金制件的总表面积。
6.根据权利要求4所述的铝锂合金制件的阳极氧化方法，其特征在于：阴极的面积不小于铝锂合金制件的总表面积。
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