CN110373699A

CN110373699A - 一种zl105铝合金沙铸件硬质阳极氧化电解液及氧化方法

Info

Publication number: CN110373699A
Application number: CN201910777865.1A
Authority: CN
Inventors: 王梅丰; 秦贵芳
Original assignee: Nanchang Hangkong University
Current assignee: Nanchang Hangkong University; AECC Guizhou Liyang Aviation Power Co Ltd
Priority date: 2019-08-22
Filing date: 2019-08-22
Publication date: 2019-10-25
Anticipated expiration: 2039-08-22
Also published as: CN110373699B

Abstract

本发明提供了一种ZL105铝合金沙铸件硬质阳极氧化电解液及氧化方法，包括以下步骤：S1、先将ZL105铝合金沙铸件置于碱液中，控制温度为50‑70℃，时间为20‑30 s，对ZL105铝合金沙铸件进行除油及碱蚀；S2、再将碱蚀后的ZL105铝合金沙铸件置于酸液中，在室温条件下出光20‑30 s；S3、最后将出光后的ZL105铝合金沙铸件置于硬质阳极氧化电解液中，控制温度为2‑12℃，阳极电流密度为1~2 A/dm²，电压为30~90V，处理时间为50~60 min；所述的硬质阳极氧化电解液包括硫酸、草酸、硫酸盐、亚硝酸钠、钼酸盐和去离子水。

Description

一种ZL105铝合金沙铸件硬质阳极氧化电解液及氧化方法

技术领域

本发明涉及金属表面加工技术领域，尤其涉及一种ZL105铝合金沙铸件硬质阳极氧化电解液及氧化方法。

背景技术

铝合金因质量轻，机械强度高，应用广泛，但表面硬度太低，质软、摩擦系数高、磨损大、容易拉伤且难以润滑，严重限制了它的应用范围，而硬质阳极氧化膜正好克服了它的这个弱点。ZL105A铝合金属于铝硅合金，广泛应用于航空发动机形状复杂的砂型铸件。对于尺寸精度和表面光洁度要求高的ZL105A砂型铸件，生产方法是先对其进行硬质阳极氧化，再对阳极氧化膜层进行打磨抛光处理提高其表面光洁度。提高ZL105A砂型铸件光洁度对于提高航空发动机稳定性和匹配性有着十分重要的意义。目前传统的硫酸硬质阳极氧化工艺虽然可以在ZL105A铸铝件表面获得耐磨及高硬度膜层，但是其粗糙度达不到要求即粗糙度Ra(μm)小于0.4。采用手工打磨、毫克能打磨、光整加工、化学机械抛光等手段进行研磨抛光，所能达到的最好的粗糙度Ra(μm)都大于0.8。因此获得低粗糙度硬质阳极氧化膜层的关键不在后续的打磨抛光方法，而在于硬质阳极氧化工艺。

这些砂型铸件表面可能存在细小、分散的气孔，这些气孔肉眼无法识别。在正常铝合金阳极氧化过程中，阳极氧化膜厚度的增长伴随着氧化膜的溶解一起进行。但由于ZL105铝合金砂铸件表面存在细小的气孔，在进行阳极氧化时，有些气孔位置可能没有氧析出或析出氧较少，因此没有氧化膜的生成，电解液中的硫酸是一种强酸会腐蚀铝合金基体，所以这些气孔可能因发生腐蚀溶解而逐渐长大。这种孔在硬质阳极氧化以后肉眼可见，深入ZL105铝合金砂铸件基体，使抛光后的膜层粗糙度大大增加，从而严重影响了零件的使用。采用传统硫酸硬质阳极氧化方法进行氧化，然后打磨抛光后的阳极氧化膜层表面微观形貌如图1所示，图中可见直径约100 μm的孔洞。图2是完全打磨掉氧化膜层的基体宏观形貌，可见这些小孔深入铝合金基体，正是这些氧化过程中生成的小孔增加了零件表面粗糙度。因此亟需研究开发一种ZL105铝合金砂铸件硬质阳极氧化电解液及电解方法，在保证硬质阳极氧化膜层维氏硬度（HV）高于300的情况下，防止阳极氧化过程中氧化膜层出现孔洞，从而降低铸件表面粗糙度以满足零件服役需求。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明第一方面提供了一种ZL105铝合金沙铸件硬质阳极氧化电解液，所述的硬质阳极氧化电解液包括硫酸、草酸、硫酸盐、亚硝酸钠、钼酸盐和去离子水。

其中，所述硫酸的浓度为5-20 g/L，所述草酸的浓度为10-40 g/L，所述硫酸盐的浓度为5-25 g/L，所述亚硝酸钠的浓度为1-5 g/L，所述钼酸盐的浓度为5-20 g/L。

其中，所述的硫酸盐可以是硫酸钠或硫酸铵中的任意一种或两种。

其中，所述的钼酸盐可以是钼酸钠或钼酸铵中的任意一种或两种。

本发明第二方面提供了一种ZL105铝合金沙铸件硬质阳极氧化方法，包括以下步骤：

S1、先将ZL105铝合金沙铸件置于碱液中，控制温度为50-70℃，时间为20-30 s，对ZL105铝合金沙铸件进行除油及碱蚀；

S2、再将碱蚀后的ZL105铝合金沙铸件置于酸液中，在室温条件下出光20-30 s；

S3、最后将出光后的ZL105铝合金沙铸件置于硬质阳极氧化电解液中，控制温度为2-12℃，阳极电流密度为1 ~ 2A/dm²，电压为30~90 V，处理时间为50~60 min。

其中，所述碱液由氢氧化钠、碳酸钠、磷酸钠和去离子水组成，所述氢氧化钠的浓度为15-20 g/L，所述碳酸钠的浓度为30-100 g/L，所述磷酸钠的浓度为30-40 g/L。

其中，所述酸液由硝酸和去离子水组成，所述硝酸的浓度为300-400 g/L。

其中，所述硬质阳极氧化电解液包括硫酸、草酸、硫酸盐、亚硝酸钠、钼酸盐和去离子水，所述硫酸的浓度为5-20 g/L，所述草酸的浓度为10-40 g/L，所述硫酸盐的浓度为5-25 g/L，所述亚硝酸钠的浓度为1-5 g/L，所述钼酸盐的浓度为5-20 g/L。

其中，所述碱蚀、所述出光和所述硬质阳极氧化后的ZL105铝合金沙铸件还包括清洗步骤。

其中，对硬质阳极氧化后的所述ZL105铝合金沙铸件清洗后进行烘干，然后对硬质阳极氧化膜层进行打磨抛光处理，获得粗糙度Ra小于0.4μm、维氏硬度高于300HV的硬质阳极氧化膜层。

本发明的有益效果：

本发明提供的ZL105铝合金沙铸件硬质阳极氧化电解液及氧化方法，在传统的硬质阳极氧化电解液中加入草酸、硫酸盐、亚硝酸盐和钼酸盐。草酸是有机酸，可以减少电解液对氧化膜的溶解作用，提高阳极氧化工作温度。硫酸盐的加入可以增强电解液的导电性，减少硫酸的用量从而间接降低硫酸对氧化膜的溶解作用；亚硝酸盐和钼酸盐对铝合金件具有钝化作用，可以避免ZL105铝合金沙铸件表面残留微小气孔在阳极氧化过程中因酸侵蚀而变大，进一步得到低粗糙度的ZL105铝合金沙铸件。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对应本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图;

图1是采用传统硫酸硬质阳极氧化方法氧化得到的ZL105铝合金沙铸件的微观形貌图；

图2是采用传统硫酸硬质阳极氧化方法氧化得到的ZL105铝合金沙铸件完全打磨掉氧化膜层的基体宏观形貌图；

图3是本发明实施例1提供的硬质阳极氧化电解液及电解方法氧化得到的ZL105铝合金沙铸件的微观形貌图。

具体实施方式

以下是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

实施例1

本发明提供了一种ZL105铝合金沙铸件硬质阳极氧化电解液，所述的硬质阳极氧化电解液由硫酸、草酸、硫酸钠、亚硝酸钠、钼酸铵和去离子水组成，所述硫酸的浓度为10 g/L，所述草酸的浓度为25 g/L，所述硫酸钠的浓度为15 g/L，所述亚硝酸钠的浓度为3 g/L，所述钼酸铵的浓度为10 g/L。

一种ZL105铝合金沙铸件硬质阳极氧化方法，包括以下步骤：

S1、先将ZL105铝合金沙铸件置于由氢氧化钠、碳酸钠、磷酸钠和去离子水组成的碱液中，所述碱液中氢氧化钠的浓度为15 g/L，碳酸钠的浓度为50 g/L，磷酸钠的浓度为35 g/L，控制温度为60℃，时间为25 s，对ZL105铝合金沙铸件进行除油及碱蚀；

S2、再将步骤S1碱蚀后的ZL105铝合金沙铸件清洗后置于由硝酸和去离子水组成的酸液中，所述酸液中硝酸的浓度为350 g/L，在室温条件下出光25 s；

S3、最后将步骤S2出光后的ZL105铝合金沙铸件清洗后置于实施例1提供的硬质阳极氧化电解液中，控制温度为5℃，阳极电流密度为1.5 A/dm²，处理时间为55 min。

S4、最后再将步骤S3硬质阳极氧化后的ZL105铝合金沙铸件清洗后进行烘干，然后对硬质阳极氧化膜层进行打磨抛光处理，获得了粗糙度 Ra为0.28μm、维氏硬度高于300HV的硬质阳极氧化膜层。

图3是实施例1提供的硬质阳极氧化电解液及电解方法氧化得到的ZL105铝合金沙铸件的微观形貌图，从图中可以看出，氧化膜层表面没有孔洞。

实施例2

本发明提供了一种ZL105铝合金沙铸件硬质阳极氧化电解液，所述的硬质阳极氧化电解液由硫酸、草酸、硫酸铵、亚硝酸钠、钼酸钠和去离子水组成，所述硫酸的浓度为15 g/L，所述草酸的浓度为15 g/L，所述硫酸铵的浓度为10g/L，所述亚硝酸钠的浓度为2 g/L，所述钼酸钠的浓度为5 g/L。

一种ZL105铝合金沙铸件硬质阳极氧化方法，包括以下步骤：

S1、先将ZL105铝合金沙铸件置于由氢氧化钠、碳酸钠、磷酸钠和去离子水组成的碱液中，所述碱液中氢氧化钠的浓度为20 g/L，碳酸钠的浓度为40 g/L，磷酸钠的浓度为30 g/L，控制温度为55℃，时间为28 s，对ZL105铝合金沙铸件进行除油及碱蚀；

S2、再将步骤S1碱蚀后的ZL105铝合金沙铸件清洗后置于由硝酸和去离子水组成的酸液中，所述酸液中硝酸的浓度为380 g/L，在室温条件下出光20 s；

S3、最后将步骤S2出光后的ZL105铝合金沙铸件清洗后置于实施例2提供的硬质阳极氧化电解液中，控制温度为4℃，阳极电流密度为2 A/dm²，处理时间为50 min。

S4、最后再将步骤S3硬质阳极氧化后的ZL105铝合金沙铸件清洗后进行烘干，然后对硬质阳极氧化膜层进行打磨抛光处理，获得了粗糙度Ra为0.3μm、维氏硬度高于300HV的硬质阳极氧化膜层。

实施例3

本发明提供了一种ZL105铝合金沙铸件硬质阳极氧化电解液，所述的硬质阳极氧化电解液由硫酸、草酸、硫酸钠、硫酸铵、亚硝酸钠、钼酸铵和去离子水组成，所述硫酸的浓度为5g/L，所述草酸的浓度为35 g/L，所述硫酸钠的浓度为10 g/L，所述硫酸铵的浓度为10 g/L，所述亚硝酸钠的浓度为1 g/L，所述钼酸铵的浓度为15 g/L。

一种ZL105铝合金沙铸件硬质阳极氧化方法，包括以下步骤：

S1、先将ZL105铝合金沙铸件置于由氢氧化钠、碳酸钠、磷酸钠和去离子水组成的碱液中，所述碱液中氢氧化钠的浓度为18 g/L，碳酸钠的浓度为80 g/L，磷酸钠的浓度为40 g/L，控制温度为50℃，时间为30 s，对ZL105铝合金沙铸件进行除油及碱蚀；

S2、再将步骤S1碱蚀后的ZL105铝合金沙铸件清洗后置于由硝酸和去离子水组成的酸液中，所述酸液中硝酸的浓度为400 g/L，在室温条件下出光28 s；

S3、最后将步骤S2出光后的ZL105铝合金沙铸件清洗后置于实施例3提供的硬质阳极氧化电解液中，控制温度为12℃，阳极电流密度为1.0 A/dm²，处理时间为60 min。

S4、最后再将步骤S3硬质阳极氧化后的ZL105铝合金沙铸件清洗后进行烘干，然后对硬质阳极氧化膜层进行打磨抛光处理，获得了粗糙度Ra为0.25 μm、维氏硬度高于300HV的硬质阳极氧化膜层。

实施例4

本发明提供了一种ZL105铝合金沙铸件硬质阳极氧化电解液，所述的硬质阳极氧化电解液由硫酸、草酸、硫酸钠、亚硝酸钠、钼酸钠、钼酸铵和去离子水组成，所述硫酸的浓度为20 g/L，所述草酸的浓度为30 g/L，所述硫酸钠的浓度为15 g/L，所述亚硝酸钠的浓度为5g/L，所述钼酸钠的浓度为10 g/L，所述钼酸铵的浓度为10 g/L。

一种ZL105铝合金沙铸件硬质阳极氧化方法，包括以下步骤：

S1、先将ZL105铝合金沙铸件置于由氢氧化钠、碳酸钠、磷酸钠和去离子水组成的碱液中，所述碱液中氢氧化钠的浓度为17g/L，碳酸钠的浓度为70 g/L，磷酸钠的浓度为32 g/L，控制温度为70℃，时间为20 s，对ZL105铝合金沙铸件进行除油及碱蚀；

S2、再将步骤S1碱蚀后的ZL105铝合金沙铸件清洗后置于由硝酸和去离子水组成的酸液中，所述酸液中硝酸的浓度为300 g/L，在室温条件下出光25 s；

S3、最后将步骤S2出光后的ZL105铝合金沙铸件清洗后置于实施例4提供的硬质阳极氧化电解液中，控制温度为10℃，阳极电流密度为1.8 A/dm²，处理时间为60 min。

S4、最后再将步骤S3硬质阳极氧化后的ZL105铝合金沙铸件清洗后进行烘干，然后对硬质阳极氧化膜层进行打磨抛光处理，获得了粗糙度Ra为0.35μm、维氏硬度高于300HV的硬质阳极氧化膜层。

实施例5

本发明提供了一种ZL105铝合金沙铸件硬质阳极氧化电解液，所述的硬质阳极氧化电解液由硫酸、草酸、硫酸钠、硫酸铵、亚硝酸钠、钼酸钠、钼酸铵和去离子水组成，所述硫酸的浓度为15 g/L，所述草酸的浓度为20 g/L，所述硫酸钠的浓度为15 g/L，所述硫酸铵的浓度为10 g/L，所述亚硝酸钠的浓度为4 g/L，所述钼酸钠的浓度为5 g/L，所述钼酸铵的浓度为10 g/L。

一种ZL105铝合金沙铸件硬质阳极氧化方法，包括以下步骤：

S1、先将ZL105铝合金沙铸件置于由氢氧化钠、碳酸钠、磷酸钠和去离子水组成的碱液中，所述碱液中氢氧化钠的浓度为16 g/L，碳酸钠的浓度为60 g/L，磷酸钠的浓度为38 g/L，控制温度为65℃，时间为23 s，对ZL105铝合金沙铸件进行除油及碱蚀；

S2、再将步骤S1碱蚀后的ZL105铝合金沙铸件清洗后置于由硝酸和去离子水组成的酸液中，所述酸液中硝酸的浓度为320 g/L，在室温条件下出光30 s；

S3、最后将步骤S2出光后的ZL105铝合金沙铸件清洗后置于实施例5提供的硬质阳极氧化电解液中，控制温度为4℃，阳极电流密度为2.0 A/dm²，处理时间为58 min。

S4、最后再将步骤S3硬质阳极氧化后的ZL105铝合金沙铸件清洗后进行烘干，然后对硬质阳极氧化膜层进行打磨抛光处理，获得了粗糙度Ra为0.25μm、维氏硬度高于300HV的硬质阳极氧化膜层。

为了验证本发明提供的ZL105铝合金沙铸件硬质阳极氧化电解液对ZL105铝合金沙铸件膜层粗糙度及硬度的影响，以下将以实施例1为参考，控制其他工艺参数不变，通过调整硬质阳极氧化电解液的配方，设置对比实施例。

对比实施例1

一种ZL105铝合金沙铸件硬质阳极氧化电解液，所述的硬质阳极氧化电解液由硫酸、草酸和去离子水组成，所述硫酸的浓度为25 g/L，所述草酸的浓度为25 g/L。

一种ZL105铝合金沙铸件硬质阳极氧化方法，包括以下步骤：

S3、最后将步骤S2出光后的ZL105铝合金沙铸件清洗后置于对比实施例1提供的硬质阳极氧化电解液中，控制温度为2℃，阳极电流密度为2.0 A/dm²，处理时间为55 min。

S4、最后再将步骤S3硬质阳极氧化后的ZL105铝合金沙铸件清洗后进行烘干，然后对硬质阳极氧化膜层进行打磨抛光处理，获得了粗糙度Ra为1.5μm、维氏硬度高于300HV的硬质阳极氧化膜层。

对比实施例2

一种ZL105铝合金沙铸件硬质阳极氧化电解液，所述的硬质阳极氧化电解液由草酸和去离子水组成，所述草酸的浓度为40 g/L。

一种ZL105铝合金沙铸件硬质阳极氧化方法，包括以下步骤：

S3、最后将步骤S2出光后的ZL105铝合金沙铸件清洗后置于对比实施例2提供的硬质阳极氧化电解液中，控制温度为5℃，阳极电流密度为1.5 A/dm²，处理时间为55 min。

S4、最后再将步骤S3硬质阳极氧化后的ZL105铝合金沙铸件清洗后进行烘干，然后对硬质阳极氧化膜层进行打磨抛光处理，获得了粗糙度 Ra为0.3μm、维氏硬度低于150HV的硬质阳极氧化膜层。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都是属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种ZL105铝合金沙铸件硬质阳极氧化电解液，其特征在于：所述的硬质阳极氧化电解液包括硫酸、草酸、硫酸盐、亚硝酸钠、钼酸盐和去离子水。

2.根据权利要求1所述的一种ZL105铝合金沙铸件硬质阳极氧化电解液，其特征在于：所述硫酸的浓度为5-20 g/L，所述草酸的浓度为10-40 g/L，所述硫酸盐的浓度为5-25 g/L，所述亚硝酸钠的浓度为1-5 g/L，所述钼酸盐的浓度为5-20 g/L。

3.根据权利要求1所述的一种ZL105铝合金沙铸件硬质阳极氧化电解液，其特征在于：所述的硫酸盐可以是硫酸钠或硫酸铵中的任意一种或两种。

4.根据权利要求1所述的一种ZL105铝合金沙铸件硬质阳极氧化电解液，其特征在于：所述的钼酸盐可以是钼酸钠或钼酸铵中的任意一种或两种。

5.一种ZL105铝合金沙铸件硬质阳极氧化方法，其特征在于，包括以下步骤：

S3、最后将出光后的ZL105铝合金沙铸件置于硬质阳极氧化电解液中，控制温度为2-12℃，阳极电流密度为1~2 A/dm²，电压为30~90 V，处理时间为50~60 min。

6.根据权利要求5所述的一种ZL105铝合金沙铸件硬质阳极氧化方法，其特征在于：所述碱液由氢氧化钠、碳酸钠、磷酸钠和去离子水组成，所述氢氧化钠的浓度为15-20 g/L，所述碳酸钠的浓度为30-100 g/L，所述磷酸钠的浓度为30-40 g/L。

7.根据权利要求5所述的一种ZL105铝合金沙铸件硬质阳极氧化方法，其特征在于：所述酸液由硝酸和去离子水组成，所述硝酸的浓度为300-400 g/L。

8.根据权利要求5所述的一种ZL105铝合金沙铸件硬质阳极氧化方法，其特征在于：所述硬质阳极氧化电解液包括硫酸、草酸、硫酸盐、亚硝酸钠、钼酸盐和去离子水，所述硫酸的浓度为5-20 g/L，所述草酸的浓度为10-40 g/L，所述硫酸盐的浓度为5-25 g/L，所述亚硝酸钠的浓度为1-5 g/L，所述钼酸盐的浓度为5-20 g/L。

9.根据权利要求5-8中任意一项权利要求所述的一种ZL105铝合金沙铸件硬质阳极氧化方法，其特征在于：所述碱蚀、所述出光和所述硬质阳极氧化后的ZL105铝合金沙铸件还包括清洗步骤。

10.根据权利要求9所述的一种ZL105铝合金沙铸件硬质阳极氧化方法，其特征在于：对硬质阳极氧化后的所述ZL105铝合金沙铸件清洗后进行烘干，然后对硬质阳极氧化膜层进行打磨抛光处理，获得粗糙度Ra小于0.4μm，维氏硬度高于300HV的硬质阳极氧化膜层。