CN1432669A

CN1432669A - 微弧氧化锌铝合金表面生成陶瓷层

Info

Publication number: CN1432669A
Application number: CN 02113248
Authority: CN
Inventors: 邓才松
Original assignee: 邓栋才
Priority date: 2002-01-18
Filing date: 2002-01-18
Publication date: 2003-07-30

Abstract

本发明涉及一种微弧氧化锌铝合金表面生成陶瓷层及制造方法，以美国ZA27合金配方为基础，以调整配方来提高基材力学性能，在不改变基材室温综合性能情况下，微弧氧化锌铝合金表面生成陶瓷层合金；高硬度：HV₆2135，高耐磨：相当于硬质合金，高耐蚀：承耐各种介质腐蚀，工作温度：200℃，广泛代替铜合金制造各行业机械设备耐磨耐蚀件，解决了国内外锌铝合金耐磨性、耐蚀性、耐高温冲击性低于铜合金而长期限制应用范围的技术难题。

Description

微弧氧化锌铝合金表面生成陶瓷层

本发明涉及一种微弧氧化锌铝合金表面生成陶瓷层及其制造方法，目前，国内外锌铝合金有史以来通存“耐高温冲击性能差，热膨胀系数大，工作温度，工作转速，承载能力等低于铜合金，不能满足在工况恶劣的条件下工作，长期限制着合金的应用领域及应用范围而成为难点；为此，国内外科技人员实施了各种举措；如：在锌铝合金熔液中添加“微量合金复合元素”，“稀土合金元素”，“表面纯化处理”等，渴望能够解决以上难点，但结果收效甚微；本发明的目的就针对锌铝合金上述难点，为此目的自行投资历时研制5年多，本发明提出以下技术解决方案：

本发明的微弧氧化锌铝合金表面生成陶瓷层合金基材的成份是在美国公布的ZA27合金成份的基础上，通过调整各金属元素含量、微量元素复合加入量来提高陶瓷层合金基材的力学性能和有利于微弧氧化陶瓷膜层的形成创造条件：AL27～48％、Mg0.04～1.6％、Cu2.5～4.0％、Zr0.03～0.10％、Zn为余量；计算各合金元素加入量及制成的微量元素中间合金和ALCu中间合金的加入量；熔炼时，采用“K”法排出原材料中产生熔炼热等氢气源，将AL锭及ALCuZr中间合金加入炉中熔化后，加入2/3 Zn锭，然后用钟罩压入法加入MgHf微量元素合金，最后加入剩余的Zn锭及回炉料；搅拌合金液，分别加入各型复合添加剂，经精炼后，采用“H”法排除合金熔液中残余的氢原子，然后扒渣；最后浇注成型；可为重力铸造成型或热挤压铸造成型及压铸成型，目的是为陶瓷层合金提供高质量基材；96年，采用激光表面复合处理无机改性生成陶瓷层首获成果；但合金工件几何尺寸，表面粗糙度变化大，需再精加工而成，由此增大产品成本，失去市场价格竞争能力而搁置，但此举发现锌铝合金表面是能够生成陶瓷层合金的；在此基础上，创新100Kw特殊电源及自动控制系统装置及高纯去离子水配制成工艺技术参数要求的，不同成份、不同浓度、不同组份的氧化液；根据技术要求，在氧化液中加入不同元素的纳米粉末，目的是为了提高陶瓷层的顺应性、嵌藏性及耐磨性；氧化液内含轻金属离子；在一般情况下，氧化液最大PH值为9-12；但此值超过国家A级排放标准，可用一定数量比例的酸进行中和即可达到国家A级排放标准；主要是优化微弧氧化电流、电压、时间控制等工艺参数，合理选择氧化液配方，氧化液按组份组成：如：K₂SiO₃4～8g/L，No₂O₂3～5g/L；本发明微弧氧化电流、电压的控制、氧化液温度的控制、氧化时间量的控制是提高锌铝合金表面生成陶瓷层合金产品质量的关键；要求分别设置恒电流、恒电压控制装置和氧化液热交换温控装置；微弧氧化电压一般都在200～500V范围内变化，氧化电流可达9～10A/dm²，一般控制在3～8A/dm²范围内，氧化液温度一般控制在40-60℃范围内，但随着氧化时间的延长，陶瓷氧化膜层也随之不断形成及增加厚度，氧化时间越长，陶瓷膜层的致密度越高，但表面的粗糙度也随之增加；一般情况下，微弧氧化时间控制应根据使用技术要求膜层厚度来决定，一般都控制在30～60分钟范围内，即可获取微弧氧化锌铝合金表面无机改性生成高硬度、高耐磨、高耐蚀陶瓷层合金；主要优点是：微弧氧化工艺容易掌握和实现参数自动控制，易于组织工业化大生产，设备占地面积较小，微弧氧化处理能力强，生产效率较高；在不降低锌铝合金基材室温σ_b、σ_s、ψ值及不改变合金工件原几何尺寸、表面粗糙度的条件下，大幅度提高合金的抗高温冲击性能；在室温条件下，σ_b390～490Mpa，表面硬度：HV₆2135，工作温度：200℃，工作转速：中高转速，工作载荷：中重载，耐磨性能：相当于硬质合金，耐腐蚀性能：可承受各种介质腐蚀；耐腐蚀能力高于1Cr18Ni9Ti 5～8倍以上；代替铜合金、巴氏合金，广泛用于各行业机械设备的蜗轮、轴瓦、轴套、螺母、模具、导管等耐磨件、耐蚀管件、仪器仪表及特殊电子元器件，满足各种恶劣工况条件下的需要，特别是宇航领域和军工舰船、履带车辆、发射平台等具有广阔的应用前景；现结合实施例对本发明作进一步详细说明微弧氧化锌铝合金表面生成陶瓷层合金及其制造方法。

实施例1：计算锌铝合金零部件表面积，清洗零部件表面，优选各项工艺参数，配制合适的氧化液浓度及组份，加入纳米Cu、Mo粉末；将电压升至380V，阳极氧化电压升至460V；氧化电流升至8～9A/dm²；此值随膜层厚度、氧化时间量而变化；注意控制陶瓷膜层生成初始时间t₁～t₂区间的最佳生成速度，为氧化膜转向内部生长创造条件；微弧氧化电流、电压的控制、氧化时间量的控制是提高锌铝合金表面生成陶瓷层合金产品质量的关键；微弧氧化电压控制在200～500V范围内变化，氧化电流控制在3～8A/dm²范围内变化；氧化液温度控制在40～60℃范围内变化；浸泡在氧化液中的锌铝合金零件表面在较高的阳极电压施加下，使其表面初始生成一层膜层，当绝缘氧化层局部被击穿，产生微压等离子弧光放电，在等离子微弧放电产生的高密度能量作用下，锌铝合金零件表面与氧化液界面形成瞬时高温、高压微弧，氧化膜及界面层的氧化液等物质被熔融与沉积于膜层表面的纳米Cu、Mo等粉末烧结而形成陶瓷膜层；氧化时间根据技术工艺参数要求、陶瓷层厚度确定氧化时间量为30分钟；通过优化微弧氧化膜层的生长过程的电流效率与微弧氧化时间量的工艺参数，最终获取最佳技术经济厚度的锌铝合金表面高硬度、高耐磨、高耐蚀陶瓷层合金。

实施例2：计算锌铝合金零件表面积，预处理零件表面，选择中性浓度氧化液及组份，将氧化电压升至400V，阳极氧化电压升至480V，氧化电流升至9～10A/dm²，控制陶瓷膜层初始t₁～t₂区间的最佳生成速度，为氧化膜转向内部生长创造条件；微弧氧化电压控制在300V～500V范围内变化，氧化电流控制在4～8A/dm²范围内变化，氧化液温度控制在40～60℃范围内变化，在瞬时高温、高压作用下绝缘氧化膜层被击穿，产生微等离子弧光放电，氧化膜及界面层的氧化液等物质被熔融烧结，根据工艺参数要求，微弧氧化时间定为60分钟，随着时间延长，氧化层逐渐完善增厚，最终获取工艺参数要求厚度的高硬度、高耐磨、高耐蚀陶瓷层合金。

Claims

1、本发明涉及一种微弧氧化锌铝合金表面生成陶瓷层及其制造方法，其特征是微弧氧化锌铝合金表面生成陶瓷层合金基材的成份是在美国公布的ZA27合金成份的基础上，通过调整各金属元素含量、微量元素复合加入量来提高陶瓷层合金基材的力学性能和有利于微弧氧化陶瓷膜层的形成创造条件；AL27～48％、Mg0.04～1.6％、Cu2.5～4.0％、Hf0.03～0.15％、Zr0.03～0.10％、Zn为余量，创新微弧氧化锌铝合金表面生成陶瓷层基本原理：微弧氧化是在阳极氧化的基础上，利用高压放电在锌铝合金表面产生的等离子体对氧化层施以高温、高压处理，从而使工件表面氧化膜及界面层的氧化液等物质被熔融，沉积于膜层表面的纳米Cu、Mo……等粉末与正处于熔融状态的膜层烧结而形成的一层性能优良的高硬度：HV₆2135、高耐磨：相当于硬质合金、高耐蚀：承耐各种介质腐蚀的陶瓷层合金，创新100Kw特殊电源及自动控制系统装置及高纯去离子水配制成工艺技术参数要求的，不同成份、不同浓度、不同组份的氧化液，根据技术要求，在氧化液中加入不同元素的纳米粉末，目的是为了提高微弧氧化锌铝合金表面生成陶瓷层的顺应性、嵌藏性及耐磨性，主要是优化微弧氧化电流、电压、时间控制等工艺参数，合理选择氧化液配方及组份。

2、本发明权利要求书1所述的微弧氧化电流、电压的控制、氧化液温度的控制、氧化时间量的控制是提高锌铝合金表面生成陶瓷层合金产品质量的关键，其特征是要求分别设置恒电流、恒电压控制装置和氧化液热交换温控装置，微弧氧化电压一般都在200～500V范围内变化，氧化电流可达9～10A/dm²，一般控制在3～8A/dm²范围内，氧化液温度一般控制在40-60℃范围内，但随着氧化时间的延长，陶瓷氧化膜层也随之不断形成及增加厚度，氧化时间越长，陶瓷膜层的致密度越高，但表面的粗糙度也随之增加，一般情况下，微弧氧化时间控制应根据使用技术要求膜层厚度来决定，一般都控制在30～60分钟范围内，即可获取微弧氧化锌铝合金表面无机改性生成高硬度、高耐磨、高耐蚀陶瓷层合金。

3、本发明权利要求书1所述的生产准备，其特征是计算锌铝合金零部件表面积，清洗零部件表面，优选各项工艺参数，配制合适的氧化液浓度及组份，在氧化液中加入纳米Cu、Mo粉末，进入微弧氧化程序，将电压升至380V，将阳极氧化电压升至460V，进入工艺参数值；氧化电流升至8～9A/dm²，此值随膜层厚度、氧化时间量而变化，注意控制陶瓷膜层生成初始时间t₁～t₂区间的最佳生成速度，为氧化膜转向内部生长创造条件；微弧氧化电压控制在200～500V范围内变化，氧化电流控制在3～8A/dm²范围内变化。

4、本发明权利要求书1所述的氧化液温度控制在40～60℃范围内变化，其特征是浸泡在氧化液中的锌铝合金零件表面在较高的阳极电压施加下，使其表面初始生成一层膜层当绝缘氧化层局部被击穿，产生微压等离子弧光放电，在等离子微弧放电产生的高密度能量作用下，锌铝合金零件表面与氧化液界面形成瞬时高温、高压微弧，氧化膜及界面层的氧化液等物质被熔融与沉积于膜层表面的纳米Cu、Mo等粉末烧结而形成陶瓷膜层。

5、本发明权利要求书I所述的氧化时间根据技术工艺参数要求、陶瓷层厚度确定氧化时间量为30分钟，其特征是通过优化微弧氧化膜层的生长过程的电流效率与微弧氧化时间量的工艺参数，最终获取最佳技术经济厚度的锌铝合金表面高硬度、高耐磨、高耐蚀陶瓷层合金。