專利名稱：一種鈦合金微弧氧化技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鈦合金表面處理技術(shù)，具體涉及鈦合金零件，特別是鈦合金緊固件表面電化學(xué)轉(zhuǎn)化膜工藝方法。
眾所周知，鈦合金的比強度高、比重小，耐熱性好，抗蝕性優(yōu)良，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于航天，航空，造船及化工行業(yè)。但是，由于鈦合金是由90％以上的鈦形成的合金，其電極電位較負(-1.75V)，與鋁、鎂合金零件，鍍鋅、鍍鎘的鋼鐵件及其它金屬或鍍層接觸時，會產(chǎn)生電子轉(zhuǎn)移，容易發(fā)生電化學(xué)接觸腐蝕導(dǎo)致粘接；另外，鈦合金硬度比較高溫合金、不銹鋼等又低很多，耐磨性較差。這些特性均限制了鈦合金的使用范圍。航空工業(yè)出版社1993年出版的《航空制造工程手冊》(表面處理分冊)提及鈦及鈦合金表面的轉(zhuǎn)化膜處理，指出該轉(zhuǎn)化膜可以用于螺紋緊固件的防粘滯、用于轉(zhuǎn)動配合中的耐磨、耐擦傷表面。但是，鈦合金在通常電壓下成膜困難，要求要在不斷升高電壓的條件下，使鈦合金處于等離子弧氧化狀態(tài)，才能使氧化膜增厚。而該手冊并無具體方案。材料保護雜志社1988年出版的第3期“材料保護”刊登一篇北京航空材料研究院劉鳳嶺撰寫的“微弧氧化與材料表面陶瓷化”的文章，主要介紹了鋁合金等離子微弧陶瓷化技術(shù)。只是在引言中提及含有鈦的金屬及其合金，其正文中亦無鈦合金微弧氧化的具體內(nèi)容。
本發(fā)明的目的在于提供一種鈦合金零件，尤其是鈦合金緊固件，利用脈沖微弧氧化使表面形成高硬度、高電阻值防護膜的工藝方法。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下在包括目視檢查、除油、裝夾、水洗、陽極氧化、水洗、吹干、檢驗在內(nèi)的工藝流程中，在陽極氧化工序中，將零件置于主要由硫酸組成的酸性槽液中做陽極，采用直流脈沖電源間歇供電，在低溫下通過調(diào)節(jié)脈沖時間及跟蹤頻率，逐步升壓至高于120v后在等離子微弧狀態(tài)下成膜。其中，槽液中可含有少量的磷酸，其配方為H2SO4(ρ＝1.84)50～250ml/l；H3PO4(ρ＝1.7)0～20ml/l；槽液的溫度為≤30℃屬于低溫，一般取為-10～30℃。所采用的脈沖電流密度為1-12A/dm2；脈沖持續(xù)時間為0.02-0.8S；跟蹤頻率為0.25-2.95HZ；升壓時間為10-50min。當然，上述的流程中，除油工藝為常規(guī)工藝既可包括化學(xué)除油，也可包括有機溶劑除油。而陽極氧化結(jié)束時的電壓，則取決于圖紙對零件膜厚的要求，一般為120-300V。此外，采用的脈沖電流波既可以是鋸齒波、正弦波，又可以是方形波。
下面結(jié)合附圖看實施例。
附

圖1為工藝方法流程圖。
附圖2為結(jié)構(gòu)致密的氧化膜微觀形貌圖。
附圖3為又一種氧化膜微觀形貌圖。
實施例一，首先對某發(fā)動機材料牌號為TC6、BT20的螺母，螺帽，螺釘?shù)葞в忻た?，螺紋及溝槽的零件840件，進行目視檢查，用脫脂棉蘸丙酮輕輕擦拭，并于裝夾后在化學(xué)除油槽液中進行化學(xué)除油。這時，除油配方如下NaoH 30-70 g/LNa2CO3·10H2O 20-25g/LNa3Po45-15g/LNa3sio43-5g/L溫度40-80℃除油后的零件，經(jīng)水洗后進行脈沖陽極氧化。此時，裝在鈦合金夾具上的零件要與夾具緊密接觸，保證震顫時不移位。該氧化槽液的配方及氧化工藝如下H2SO4(p＝1.84) 180-220ml/LH3PO4(P＝1.7) 5-15ml/L槽液溫度0-30℃電流密度1-6A/dm2持續(xù)時間0.3-0.8S跟蹤頻率1.20-0.25HZ升壓過程中，零件的被加工表面都會出現(xiàn)微弧現(xiàn)象。升壓過程持續(xù)一段時間后，保持最終電壓值至規(guī)定的時間。由于本實施例要制造防粘接的轉(zhuǎn)化膜，故升壓時間取10-20min，終結(jié)電壓取120-150V。氧化結(jié)束后，關(guān)閉脈沖，然后降壓，斷電，取出零件，進行后續(xù)的水洗、吹干及檢驗工序。最終合格件經(jīng)掃描電鏡測得，結(jié)構(gòu)致密的氧化膜厚度為2-3μm ，見附圖2所示。采用顯微硬度計，通過計算可知，該氧化膜硬度略高于基體硬度，這是由于膜非常薄而受基體支撐影響所致。在防粘接對比試驗中，采用本工藝處理的零件膜層完整，零件表面比如螺紋處光滑無粘接現(xiàn)象，而不帶氧化膜的螺母則早已發(fā)生接觸腐蝕，甚至旋轉(zhuǎn)困難。該批840件，按工藝流程檢查合格，經(jīng)裝機已經(jīng)通過發(fā)動機300小時長期試車并交付使用。
實施例二，某發(fā)動機壓板、墊片、銷子、支壁，耳套等，材料牌號TC4、TC11。共計1500件。實施工藝流程中，檢查零件，除油，水洗等工序同實施例一，只是在陽極氧化工序，其槽液配方及氧化工藝如下H2SO4(p＝1.84)50-250ml/LH3PO4(P＝1.7) 0-20ml/L槽液溫度 -10-10℃電流密度 2-12A/dm2持續(xù)時間 0.02-0.4S跟蹤頻率 2.95-0.8HZ本實施例的目的是制造耐磨的轉(zhuǎn)化膜，故升壓時間取20-50min，終結(jié)電壓取140-300V。陽極氧化后的工序亦同實施例一。最終合格件經(jīng)渦流測厚儀檢測，氧化膜厚度為5-12μm。同樣采用顯微硬度計，通過測試計算，其氧化膜硬度達600-700HV。用掃描電鏡觀察，該氧化膜微觀膜孔十分豐富，適于留存固體潤滑劑，見附圖3。該批1500件經(jīng)檢查合格后亦交付使用。
本發(fā)明的優(yōu)點在于采用脈沖供電方式，克服了鈦合金成膜困難的關(guān)鍵，實現(xiàn)了鈦合金尤其是鈦合金緊固件表面形成高硬度(可達700HV)、高電阻(可達5×106Ω)防護膜的目的。由于在低溫下利用脈沖電流間歇供電升壓，因此比較直流法陽極氧化，其氧化膜硬度高，耐磨性要好，并且有利于膜層的熔融——凝固，使膜層平整，不降低材料的疲勞極限?？傊?，本發(fā)明使鈦合金表面形成一層2-12μm的防護膜，阻礙了電子傳遞，抑制了電化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，達到了防粘接的目的，同時也提高了材料的耐磨性能，可以提高零件使用壽命3倍以上。由于本發(fā)明的實現(xiàn)，大大拓展了鈦合金特別是鈦合金緊固件、接觸件及襯套件的應(yīng)用范圍。飛機發(fā)動機、艦船發(fā)動機，汽車發(fā)動機，航天飛行器及一些民品上的高溫合金，不銹鋼件，在工作溫度允許的條件下，都可以用鈦合金陽極氧化件取代，從而大大減輕系統(tǒng)的重量。對于推重比十分看重的航空航天領(lǐng)域，前景尤其廣闊。
權(quán)利要求
1.一種鈦合金微弧陽極氧化法，包括除油，裝夾，陽極氧化及水洗，其特征在于在陽極氧化中，將零件置于主要由硫酸組成的酸性槽液內(nèi)，在低溫下，采用直流脈沖電源，通過調(diào)節(jié)脈沖時間和跟蹤頻率，逐步升壓至高于120V后在等離子微弧狀態(tài)下成膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦合金微弧陽極氧化法，其特征是酸性槽液的配方及溫度如下H2SO4(p＝1.84)50-250ml/LH3PO4(P＝1.7) 0-20ml/L槽液溫度 -10-30℃
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鈦合金微弧陽極氧化法，其特征是脈沖供電參數(shù)如下電流密度 1-12A/dm2持續(xù)時間 0.02-0.8S跟蹤頻率 0.25-2.95HZ升壓時間 10-50min終結(jié)電壓 120-300V
全文摘要
本發(fā)明涉及鈦合金表面轉(zhuǎn)化膜技術(shù)。特點是將零件置于主要由硫酸組成的酸性槽液中做陽極,在低溫下通過調(diào)節(jié)脈沖電源的脈沖時間及跟蹤頻率,升壓至高于120V時可形成2－12μm的氧化膜。本發(fā)明形成硬度可達700HV電阻可達5×10
文檔編號C25D11/26GK1386917SQ0111398
公開日2002年12月25日 申請日期2001年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月22日
發(fā)明者周英杰, 王偉, 王學(xué)連, 王少剛, 王向榮 申請人:沈陽黎明航空發(fā)動機集團公司