鑄造鋁合金半密閉內腔微弧氧化方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種微弧氧化方法，尤其是一種鑄造鋁合金半密封內腔微弧氧化方法，適用于深度小于40mm、直徑大于10mm的半密閉內腔。
【背景技術】
[0002]鑄造鋁合金中含有一定量的硅元素，其存在阻礙了鋁與溶液中氧的結合，導致微弧氧化反應過程緩慢、起弧困難。半密閉內腔鑄造鋁合金除去材料自身原因起弧困難外，其特殊的半密閉內腔結構也不利于膜層的生成與擴展。究其原因，常是由于腔體內溶液循環不通暢、無法在空間上接觸到陰極及腔體內反應溫度過高所致，難以達到預期厚度。在反應
1.5h或2h后，內腔膜層厚度僅為20-35微米，對于厚度要求較高或年產量較大的零件，難以滿足最終使用要求甚至影響交付進度。
【發明內容】
[0003]本發明目的是提供一種鑄造鋁合金半密封內腔微弧氧化方法，可以提高微弧氧化的速度并使內腔膜層厚度滿足使用要求，適應厚度要求較高或年產量大的零件。
[0004]本發明的技術方案是，所述的鑄造鋁合金半密封內腔微弧氧化方法包括以下步驟:
1.選用去離子水配制微弧氧化溶液，成分為重量比為3g/L的鋁酸鈉、lg/L的氫氧化鉀、4g/L的硅酸鈉和0.5g/L的四硼酸鈉，配制過程中保證溶液充分攪拌；
2.零件經除油、水洗、烘干及非微弧面保護后，裝掛具放入槽體內，放入時確保零件內腔開口方向呈斜上方放置，開口所在平面與槽體側壁陰極板呈30-50°角；
3.將壓縮空氣管通入到零件內腔中，管路下端距內腔底部4-6mm，反應過程中打開壓縮空氣；
4.開啟電源，對零件進行微弧氧化操作:
對于單邊厚度要求在20微米以下，粗糙度在Ral.6以下的半密閉內腔結構，正向電流密度先選擇10-15A/dm2，負向電流設為1A，占空比為8% -50%，頻率為50Hz-200Hz ;待零件表面出現起弧現象起將負向電流密度設置為10-15A/dm2，從起弧開始5-10min斷開電源；然后重新開啟電源，設置正、負向電流密度為6-10A/dm2，占空比為8% -50%，頻率為200Hz-800Hz，待再次起弧10_15min后關閉電源；
對于單邊厚度要求在20-40微米的半密閉內腔零件，粗糙度無要求的情況下，正向電流密度先選擇10-15A/dm2，負向電流設為1A;占空比8% -50%，頻率50Hz-400Hz ;待零件表面出現起弧現象起將負向電流密度設置為10-15A/dm2,開始計時，從起弧開始5_10min斷開電源；重新開啟電源，電參數設置值不變，反應10-20min斷開電源，此操作重復一次，共反應25-50min后關閉電源；
5.取出零件，摘下掛具，水洗后烘干；
6.最終檢驗。
[0005]本發明在微弧氧化過程中斷開電源的目的是為將電壓引入到高壓放電區域，斷電前擊穿電壓以基體材料為擊穿對象，而在零件表面已經成膜后，再次擊穿是以零件表面的氧化膜為擊穿對象，相應的擊穿電壓升高，氧化膜擊穿電壓較基體高50V左右，若不采取斷開電源的方式，正常反應待電壓增加50V至少需要40min，而當電壓達到一定數值后，增長速度趨于緩慢，采取兩次斷開電源的方式，當第二次斷開電源，再次起弧，電壓的漲幅在10v左右，若不采取斷開電源的方式，正常反應待電壓增加10V至少需要20min的時間，本發明可以有效規避鑄造鋁合金成膜困難、起弧時間長等問題，大幅度降低零件的成膜時間，且操作簡單、可行性強。
【具體實施方式】
[0006]鑄造鋁合金半密封內腔微弧氧化方法包括以下步驟:
1.選用去離子水配制微弧氧化溶液，成分為重量比為3g/L的鋁酸鈉、lg/L的氫氧化鉀、4g/L的硅酸鈉和0.5g/L的四硼酸鈉，配制過程中保證溶液充分攪拌；
2.零件經除油、水洗、烘干及非微弧面保護后，裝掛具放入槽體內，放入時確保零件內腔開口方向呈斜上方放置，開口所在平面與槽體側壁陰極板呈30-50°角；
3.將壓縮空氣管通入到零件內腔中，管路下端距內腔底部4-6mm，反應過程中打開壓縮空氣；
4.開啟電源，對零件進行微弧氧化操作:
對于單邊厚度要求在20微米以下，粗糙度在Ral.6以下的半密閉內腔結構，正向電流密度先選擇10-15A/dm2，負向電流設為1A，占空比為8% -50%，頻率為50Hz-200Hz ;待零件表面出現起弧現象起將負向電流密度設置為10-15A/dm2，從起弧開始5-10min斷開電源；然后重新開啟電源，設置正、負向電流密度為6-10A/dm2，占空比為8% -50%，頻率為200Hz-800Hz，待再次起弧10_15min后關閉電源；
對于單邊厚度要求在20-40微米的半密閉內腔零件，粗糙度無要求的情況下，正向電流密度先選擇10-15A/dm2，負向電流設為1A;占空比8% -50%，頻率50Hz-400Hz ;待零件表面出現起弧現象起將負向電流密度設置為10-15A/dm2,開始計時，從起弧開始5_10min斷開電源；重新開啟電源，電參數設置值不變，反應10-20min斷開電源，此操作重復一次，共反應25-50min后關閉電源；
5.取出零件，摘下掛具，水洗后烘干；
6.最終檢驗。
實施例
[0007]航空某型機ZL114鋁合金栗體，該栗體中半密閉內腔尺寸為:深度13mm、腔體外沿為不規則形狀，整體面積為0.6dm2。要求微弧氧化后內腔側壁及底部的厚度為13-18微米，側壁粗糙度Ral.6以下。其具體實施步驟如下:
1.選用去離子水配制微弧氧化溶液，成分為重量比為3g/L的鋁酸鈉、lg/L的氫氧化鉀、4g/L的硅酸鈉和0.5g/L的四硼酸鈉，配制過程中保證溶液充分攪拌；
2.對零件清理干凈，對零件非微弧氧化表面進行保護后裝掛具掛進微弧氧化設備內，并使零件開口呈斜上方，其所在的平面與微弧氧化設備的陰極呈45°角，零件下端距微弧氧化設備的陰極距離為20mm ； 3.將壓縮空氣管通入到零件內腔中，管路下端距內腔底部5mm，反應過程中打開壓縮空氣；
4.開啟電源，設置正向電流為6A、負向為1A、占空比為50%、頻率50Hz;起弧后，負向電流設為6A，其余參數不變；反應lOmin后關閉電源；重新開啟電源，設置正向電流為6A、負向為6A、占空比50%、頻率為200Hz ;反應lOmin后關閉電源；全程采用冷卻設備進行冷卻，確保反應溶液溫度為20-35 °C ;
5.取出零件，摘下掛具，水洗烘干；
6.最終檢驗:用內徑表測量內腔徑尺寸，直徑范圍尺寸增加20微米，單側外增長10微米，微弧氧化膜層厚度為向內增長與向外增長之和，分別占膜層總厚度的2/5和3/5，以外增長10微米計算，膜層總厚度應為17微米左右。內腔底部膜層厚度用渦流測厚儀測量，平均值為14微米，滿足尺寸要求。用粗糙度儀對零件進行粗糙度檢測，檢測結果顯示，側壁粗糙度為Ral.374，滿足要求，合格。
【主權項】
1.一種鑄造鋁合金半密封內腔微弧氧化方法，其特征在于，所述的包括以下步驟: 1)選用去離子水配制微弧氧化溶液，成分為重量比為3g/L的鋁酸鈉、lg/L的氫氧化鉀、4g/L的硅酸鈉和0.5g/L的四硼酸鈉，配制過程中保證溶液充分攪拌； 2)零件經除油、水洗、烘干及非微弧面保護后，裝掛具放入槽體內，放入時確保零件內腔開口方向呈斜上方放置，開口所在平面與槽體側壁陰極板呈30-50°角； 3)將壓縮空氣管通入到零件內腔中，管路下端距內腔底部4-6mm，反應過程中打開壓縮空氣； 4)開啟電源，對零件進行微弧氧化操作: 對于單邊厚度要求在20微米以下，粗糙度在Ral.6以下的半密閉內腔結構，正向電流密度先選擇10-15A/dm2，負向電流設為1A，占空比為8% -50%，頻率為50Hz-200Hz ;待零件表面出現起弧現象起將負向電流密度設置為10-15A/dm2，從起弧開始5-10min斷開電源；然后重新開啟電源，設置正、負向電流密度為6-10A/dm2，占空比為8% -50%，頻率為200Hz-800Hz，待再次起弧10_15min后關閉電源； 對于單邊厚度要求在20-40微米的半密閉內腔零件，粗糙度無要求的情況下，正向電流密度先選擇10-15A/dm2，負向電流設為1A;占空比8% -50%，頻率50Hz-400Hz ;待零件表面出現起弧現象起將負向電流密度設置為10-15A/dm2,開始計時，從起弧開始5_10min斷開電源；重新開啟電源，電參數設置值不變，反應10-20min斷開電源，此操作重復一次，共反應25-50min后關閉電源； 5)取出零件，摘下掛具，水洗后烘干； 6)最終檢驗。
【專利摘要】本發明涉及一種鑄造鋁合金半密封內腔微弧氧化方法，在微弧氧化過程中斷開電源，斷電前擊穿電壓以基體材料為擊穿對象，而在零件表面已經成膜后，再次擊穿是以零件表面的氧化膜為擊穿對象，相應的擊穿電壓升高，再次起弧，可以有效規避鑄造鋁合金成膜困難、起弧時間長等問題，大幅度降低零件的成膜時間，且操作簡單、可行性強。
【IPC分類】C25D11/06
【公開號】CN105239127
【申請號】CN201510779699
【發明人】田翠翠, 陸山, 吳彥芬, 宛建軍, 師玉英, 王國成, 張彥飛
【申請人】哈爾濱東安發動機（集團）有限公司
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年11月13日