用於空調壓縮機旋轉壓縮盤鋁合金的硬質氧化方法與流程
2023-07-06 03:30:16 1
本發明屬於鋁合金加工技術領域，尤其涉及鋁合金硬質陽極氧化耐摩層的製備。
背景技術：
鋁合金由於其質量輕、強度高、易成型加工，成本低等特點，被廣泛應用機械製造和加工。尤其在空調壓縮機部件領域得到廣發應用，空調壓縮機中旋轉壓縮盤與固定盤做高速旋轉摩擦，需要對鋁合金製成的旋轉壓縮盤進行硬化處理提高耐磨性能。硬化處理通常採用陽極氧化硬質化處理，而傳統的鋁合金氧化處理大多採用硫酸和草酸體系，並可能採用脈衝電源進線電解氧化形成氧化膜，出陽極氧化生成氧化膜的同時，氧化膜會發生腐蝕溶解，當氧化速度與腐蝕速度達到平衡氧化膜的厚度不會繼續增長，而且隨著電解時間延長，氧化膜的耐磨性能反而會下降。同時在氧化膜形成過程中，還容易發生燒損現象，一般是由於電流密度過大導致熱量無法及時撤走使得氧化膜全部或部分溶解，尤其是當鋁合金中銅或矽含量過高時，銅以偏析組織存在於晶界並以cual2相化合物溶解形成點狀脫落，脫落點處基體的鋁合金層裸露使得電流集中在此處形成燒焦。同樣的，矽在陽極氧化時無法形成氧化膜以嵌入的方式存在氧化膜內，由於其半導體特性使得電流集中從而燒焦。
技術實現要素：
發明目的：針對上述現有存在的問題和不足，本發明的目的是提供了一種用於空調壓縮機旋轉壓縮盤鋁合金的硬質氧化方法，得到的鋁合金硬質氧化膜具有更高的厚度和硬度，並避免了氧化層「燒損」現象。
技術方案：為實現上述發明目的，本發明採用以下技術方案：一種用於空調壓縮機旋轉壓縮盤鋁合金的硬質氧化方法，包括以下步驟：
(1)前處理：鋁合金依次經過除油、水洗、鹼蝕、水洗、出光和水洗的前處理；
(2)陽極氧化：將經過前處理的鋁合金作為陽極，以鉛板作為陰極，並在電解液中進行陽極氧化，電源採用直流脈衝疊加方式通電，陽極氧化的電解液組成和操作條件如下：
所述添加劑a為按2～3:1：1的質量比混合的鉬酸鹽、磷酸鹽和碲酸鹽的混合物，
(3)經過陽極氧化後的鋁合金工件再經過封孔劑浸泡封閉。
作為優選，所述直流脈衝疊加的通電方式為在基礎直流電壓波形上疊加正向直流脈衝電壓，正向直流脈衝電壓的幅值為基礎直流電壓的0.1～0.5倍，且正向直流脈衝電壓的通斷比為5:2，脈衝頻率為5～50hz。
作為優選，所述有機酸為草酸、甘氨酸、酒石酸或蘋果酸。
作為優選，所述鉬酸鹽、磷酸鹽和碲酸鹽分別為鉬酸鈉、磷酸鈉和碲酸鈉。
作為優選，步驟(3)中所述後處理封閉劑的組成為：2～10g/l硝酸鈰，5～50g/l草酸銨和2～10g/l氨基磺酸,操作溫度為10～45℃，操作時間為0.5～2h。
具體實施方式
下面結合具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍，在閱讀了本發明之後，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落於本申請所附權利要求所限定的範圍。
本發明鋁合金硬質氧化工藝，主要用於在空調壓縮機的旋轉壓盤表面製備一層耐磨的氧化層，提高運轉耐磨性和使用壽命。旋轉壓盤的鋁合金件通過機械加工成型後，依次通過除油、水洗、鹼蝕、水洗、出光和水洗後，再經過陽極氧化。
實施例1
陽極氧化的電解液的配製：首先在電解槽中加入70％左右的純水，然後加入150g/l的濃硫酸，補充剩餘純水到刻度線攪拌均勻後得到的硫酸水溶液的溫度約為60℃，取出部分硫酸溶液進行添加劑配製，其餘部分繼續加入15g/l的草酸並攪拌溶解。取1000ml硫酸水溶液，在60℃左右迅速投入40g鉬酸鈉、20g磷酸鈉和20g碲酸鈉並攪拌溶解得到添加劑溶液。在硫酸和草酸的混合溶液中，加入20～50ml/l的添加劑溶液，優選25ml/l，並攪拌均勻。
電解槽設有溢流槽和冷卻管，且槽底部設置打氣管，電解時開啟水泵使電解液溢流並通過冷卻管移走電解產生的熱量保證電解溫度在25℃以下，以鋁合金工件為陽極，以鉛板為陰極。電源採用直流脈衝疊加的通電方式，即：正向直流電流密度控制在2.5a/dm2左右，槽電壓在25～50v，併疊加正向直流脈衝，脈衝幅值為為正向直流的0.2倍，通斷比為5:2，脈衝頻率為20hz，通過正向直流脈衝疊加有利於電解熱散失。經過2小時電解成膜，電解過程啟動階段，直流電源在30分鐘內從0.5a/dm2的電流密度逐提升至2.5a/dm2，電解過程中如果發生電壓突降或電流突增(增幅一般超過50％)，此時應及時取出電解工件，其餘工件可繼續進行氧化電解，得到膜層厚度為50～55微米，硬度為368hv。
經過陽極氧化成膜的鋁合金件經過純水洗後吹乾，並送入後處理封閉劑浸泡。封閉劑由2～10g/l硝酸鈰，5～50g/l草酸銨和2～10g/l氨基磺酸組成，操作溫度通常為常溫，時間0.5～2h，能在鋁合金件表面形成鈍化膜，起到封閉保護作用，製備後的氧化膜為淺灰色到褐色，無燒損。
實施例2
本實施例中，陽極氧化的電解液的配製：首先在電解槽中加入70％左右的純水，然後加入180g/l的濃硫酸，補充剩餘純水到刻度線攪拌均勻後得到的硫酸水溶液的溫度約為60℃，取出部分硫酸溶液進行添加劑配製，其餘部分繼續加入20g/l的草酸並攪拌溶解。取1000ml硫酸水溶液，在60℃左右迅速投入40g鉬酸鈉、20g磷酸鈉和20g碲酸鈉並攪拌溶解得到添加劑溶液。在硫酸和草酸的混合溶液中，加入20～50ml/l的添加劑溶液，優選25ml/l，並攪拌均勻。
電解槽設有溢流槽和冷卻管，且槽底部設置打氣管，電解時開啟水泵使電解液溢流並通過冷卻管移走電解產生的熱量保證電解溫度在25℃以下，以鋁合金工件為陽極，以鉛板為陰極。電源採用直流脈衝疊加的通電方式，即：正向直流電流密度控制在3.0a/dm2左右，槽電壓在25～60v，併疊加正向直流脈衝，脈衝幅值為為正向直流的0.1倍，通斷比為5:2，脈衝頻率為20hz，通過正向直流脈衝疊加有利於電解熱散失。經過2小時電解成膜，電解過程啟動階段，直流電源在30分鐘內從0.5a/dm2的電流密度分5次逐級提升至2.5a/dm2，電解過程中如果發生電壓突降或電流突增(增幅一般超過50％)，此時應及時取出電解工件，其餘工件可繼續進行氧化電解，得到膜層厚度為53～60微米，硬度為392hv，無燒損。
經過陽極氧化成膜的鋁合金件經過純水洗後吹乾，並送入後處理封閉劑浸泡。封閉劑由2～10g/l硝酸鈰，5～50g/l草酸銨和2～10g/l氨基磺酸組成，操作溫度通常為常溫，時間0.5～2h，能在鋁合金件表面形成鈍化膜，起到封閉保護作用，製備後的氧化膜為淺灰色到褐色。
實施例3
本實施例中，陽極氧化的電解液的配製：首先在電解槽中加入70％左右的純水，然後加入150g/l的濃硫酸，補充剩餘純水到刻度線攪拌均勻後得到的硫酸水溶液的溫度約為60℃，取出部分硫酸溶液進行添加劑配製，其餘部分繼續加入20g/l的草酸並攪拌溶解。取1000ml硫酸水溶液，在60℃左右迅速投入40g鉬酸鈉、20g磷酸鈉和20g碲酸鈉並攪拌溶解得到添加劑溶液。在硫酸和草酸的混合溶液中，加入20～50ml/l的添加劑溶液，優選25ml/l，並攪拌均勻。
電解槽設有溢流槽和冷卻管，且槽底部設置打氣管，電解時開啟水泵使電解液溢流並通過冷卻管移走電解產生的熱量保證電解溫度在25℃以下，以鋁合金工件為陽極，以鉛板為陰極。電源採用直流脈衝疊加的通電方式，即：正向直流電流密度控制在2.5a/dm2左右，槽電壓在25～60v，併疊加正向直流脈衝，脈衝幅值為為正向直流的0.1倍，通斷比為5:2，脈衝頻率為20hz，通過正向直流脈衝疊加有利於電解熱散失。經過2小時電解成膜，電解過程啟動階段，直流電源在30分鐘內從0.5a/dm2的電流密度分5次逐級提升至2.5a/dm2，電解過程中如果發生電壓突降或電流突增(增幅一般超過50％)，此時應及時取出電解工件，其餘工件可繼續進行氧化電解，得到膜層厚度為43～50微米，硬度為375hv，無燒損。
經過陽極氧化成膜的鋁合金件經過純水洗後吹乾，並送入後處理封閉劑浸泡。封閉劑由2～10g/l硝酸鈰，5～50g/l草酸銨和2～10g/l氨基磺酸組成，操作溫度通常為常溫，時間0.5～2h，能在鋁合金件表面形成鈍化膜起到封閉保護作用，製備後的氧化膜為淺灰色到褐色。
對比例
常規鋁合金硬質陽極氧化電解液：為15％的硫酸和15g/l的草酸，溫度為0～25℃，電流密度為2～3.5a/dm2，槽電壓在50v左右受膜厚度影響，電解時間為2小時，得到硬質氧化層膜厚約為40微米，硬度在320～350hv之間。對含回收鋁的高銅含量(一般超過5％)的adc12牌號的鋁合金，當攪拌不均勻或槽液溫度過高時容易出現局部「燒損」。
鋁合金硬質氧化成膜過程實際是鋁氧化成膜和氧化膜溶解同時進行，只有成膜速度大於溶解速度時硬質氧化膜厚度才會增長。因此鋁合金氧化膜的影響因素主要為溶解速度過快，電解局部的熱量無法快速移除造成「燒損」現象。本發明中由鉬酸鈉、磷酸鈉和碲酸鈉組成的添加劑，主要在於不影響氧化成膜的前提下，降低氧化膜的溶解，尤其在電解過程中對氧化膜起到緩蝕作用，尤其是對以cual2相存在的偏析化合物起到明顯緩蝕，進而減緩其偏析造成的電流集中引起的「燒損」現象。另外，本發明的封閉劑在鋁合金件最外側形成厚度超過5個微米的自沉積保護膜，進一步起到封閉保護作用。