微弧氧化鋅鋁合金表面生成陶瓷層的製作方法

2023-10-06 05:19:24 1

專利名稱：微弧氧化鋅鋁合金表面生成陶瓷層的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種微弧氧化鋅鋁合金表面生成陶瓷層及其製造方法，目前，國內外鋅鋁合金有史以來通存「耐高溫衝擊性能差，熱膨脹係數大，工作溫度，工作轉速，承載能力等低於銅合金，不能滿足在工況惡劣的條件下工作，長期限制著合金的應用領域及應用範圍而成為難點；為此，國內外科技人員實施了各種舉措；如在鋅鋁合金熔液中添加「微量合金複合元素」，「稀土合金元素」，「表面純化處理」等，渴望能夠解決以上難點，但結果收效甚微；本發明的目的就針對鋅鋁合金上述難點，為此目的自行投資歷時研製5年多，本發明提出以下技術解決方案本發明的微弧氧化鋅鋁合金表面生成陶瓷層合金基材的成份是在美國公布的ZA27合金成份的基礎上，通過調整各金屬元素含量、微量元素複合加入量來提高陶瓷層合金基材的力學性能和有利於微弧氧化陶瓷膜層的形成創造條件AL27～48％、Mg0.04～1.6％、Cu2.5～4.0％、Zr0.03～0.10％、Zn為餘量；計算各合金元素加入量及製成的微量元素中間合金和ALCu中間合金的加入量；熔煉時，採用「K」法排出原材料中產生熔煉熱等氫氣源，將AL錠及ALCuZr中間合金加入爐中熔化後，加入2/3 Zn錠，然後用鐘罩壓入法加入MgHf微量元素合金，最後加入剩餘的Zn錠及回爐料；攪拌合金液，分別加入各型複合添加劑，經精煉後，採用「H」法排除合金熔液中殘餘的氫原子，然後扒渣；最後澆注成型；可為重力鑄造成型或熱擠壓鑄造成型及壓鑄成型，目的是為陶瓷層合金提供高質量基材；96年，採用雷射表面複合處理無機改性生成陶瓷層首獲成果；但合金工件幾何尺寸，表面粗糙度變化大，需再精加工而成，由此增大產品成本，失去市場價格競爭能力而擱置，但此舉發現鋅鋁合金表面是能夠生成陶瓷層合金的；在此基礎上，創新100Kw特殊電源及自動控制系統裝置及高純去離子水配製成工藝技術參數要求的，不同成份、不同濃度、不同組份的氧化液；根據技術要求，在氧化液中加入不同元素的納米粉末，目的是為了提高陶瓷層的順應性、嵌藏性及耐磨性；氧化液內含輕金屬離子；在一般情況下，氧化液最大PH值為9-12；但此值超過國家A級排放標準，可用一定數量比例的酸進行中和即可達到國家A級排放標準；主要是優化微弧氧化電流、電壓、時間控制等工藝參數，合理選擇氧化液配方，氧化液按組份組成如K2SiO34～8g/L，No2O23～5g/L；本發明微弧氧化電流、電壓的控制、氧化液溫度的控制、氧化時間量的控制是提高鋅鋁合金表面生成陶瓷層合金產品質量的關鍵；要求分別設置恆電流、恆電壓控制裝置和氧化液熱交換溫控裝置；微弧氧化電壓一般都在200～500V範圍內變化，氧化電流可達9～10A/dm2，一般控制在3～8A/dm2範圍內，氧化液溫度一般控制在40-60℃範圍內，但隨著氧化時間的延長，陶瓷氧化膜層也隨之不斷形成及增加厚度，氧化時間越長，陶瓷膜層的緻密度越高，但表面的粗糙度也隨之增加；一般情況下，微弧氧化時間控制應根據使用技術要求膜層厚度來決定，一般都控制在30～60分鐘範圍內，即可獲取微弧氧化鋅鋁合金表面無機改性生成高硬度、高耐磨、高耐蝕陶瓷層合金；主要優點是微弧氧化工藝容易掌握和實現參數自動控制，易於組織工業化大生產，設備佔地面積較小，微弧氧化處理能力強，生產效率較高；在不降低鋅鋁合金基材室溫σb、σs、ψ值及不改變合金工件原幾何尺寸、表面粗糙度的條件下，大幅度提高合金的抗高溫衝擊性能；在室溫條件下，σb390～490Mpa，表面硬度HV62135，工作溫度200℃，工作轉速中高轉速，工作載荷中重載，耐磨性能相當於硬質合金，耐腐蝕性能可承受各種介質腐蝕；耐腐蝕能力高於1Cr18Ni9Ti 5～8倍以上；代替銅合金、巴氏合金，廣泛用於各行業機械設備的蝸輪、軸瓦、軸套、螺母、模具、導管等耐磨件、耐蝕管件、儀器儀表及特殊電子元器件，滿足各種惡劣工況條件下的需要，特別是宇航領域和軍工艦船、履帶車輛、發射平臺等具有廣闊的應用前景；現結合實施例對本發明作進一步詳細說明微弧氧化鋅鋁合金表面生成陶瓷層合金及其製造方法。
實施例1計算鋅鋁合金零部件表面積，清洗零部件表面，優選各項工藝參數，配製合適的氧化液濃度及組份，加入納米Cu、Mo粉末；將電壓升至380V，陽極氧化電壓升至460V；氧化電流升至8～9A/dm2；此值隨膜層厚度、氧化時間量而變化；注意控制陶瓷膜層生成初始時間t1～t2區間的最佳生成速度，為氧化膜轉向內部生長創造條件；微弧氧化電流、電壓的控制、氧化時間量的控制是提高鋅鋁合金表面生成陶瓷層合金產品質量的關鍵；微弧氧化電壓控制在200～500V範圍內變化，氧化電流控制在3～8A/dm2範圍內變化；氧化液溫度控制在40～60℃範圍內變化；浸泡在氧化液中的鋅鋁合金零件表面在較高的陽極電壓施加下，使其表面初始生成一層膜層，當絕緣氧化層局部被擊穿，產生微壓等離子弧光放電，在等離子微弧放電產生的高密度能量作用下，鋅鋁合金零件表面與氧化液界面形成瞬時高溫、高壓微弧，氧化膜及界面層的氧化液等物質被熔融與沉積於膜層表面的納米Cu、Mo等粉末燒結而形成陶瓷膜層；氧化時間根據技術工藝參數要求、陶瓷層厚度確定氧化時間量為30分鐘；通過優化微弧氧化膜層的生長過程的電流效率與微弧氧化時間量的工藝參數，最終獲取最佳技術經濟厚度的鋅鋁合金表面高硬度、高耐磨、高耐蝕陶瓷層合金。
實施例2計算鋅鋁合金零件表面積，預處理零件表面，選擇中性濃度氧化液及組份，將氧化電壓升至400V，陽極氧化電壓升至480V，氧化電流升至9～10A/dm2，控制陶瓷膜層初始t1～t2區間的最佳生成速度，為氧化膜轉向內部生長創造條件；微弧氧化電壓控制在300V～500V範圍內變化，氧化電流控制在4～8A/dm2範圍內變化，氧化液溫度控制在40～60℃範圍內變化，在瞬時高溫、高壓作用下絕緣氧化膜層被擊穿，產生微等離子弧光放電，氧化膜及界面層的氧化液等物質被熔融燒結，根據工藝參數要求，微弧氧化時間定為60分鐘，隨著時間延長，氧化層逐漸完善增厚，最終獲取工藝參數要求厚度的高硬度、高耐磨、高耐蝕陶瓷層合金。
權利要求
1.本發明涉及一種微弧氧化鋅鋁合金表面生成陶瓷層及其製造方法，其特徵是微弧氧化鋅鋁合金表面生成陶瓷層合金基材的成份是在美國公布的ZA27合金成份的基礎上，通過調整各金屬元素含量、微量元素複合加入量來提高陶瓷層合金基材的力學性能和有利於微弧氧化陶瓷膜層的形成創造條件；AL27～48％、Mg0.04～1.6％、Cu2.5～4.0％、Hf0.03～0.15％、Zr0.03～0.10％、Zn為餘量，創新微弧氧化鋅鋁合金表面生成陶瓷層基本原理微弧氧化是在陽極氧化的基礎上，利用高壓放電在鋅鋁合金表面產生的等離子體對氧化層施以高溫、高壓處理，從而使工件表面氧化膜及界面層的氧化液等物質被熔融，沉積於膜層表面的納米Cu、Mo……等粉末與正處於熔融狀態的膜層燒結而形成的一層性能優良的高硬度HV62135、高耐磨相當於硬質合金、高耐蝕承耐各種介質腐蝕的陶瓷層合金，創新100Kw特殊電源及自動控制系統裝置及高純去離子水配製成工藝技術參數要求的，不同成份、不同濃度、不同組份的氧化液，根據技術要求，在氧化液中加入不同元素的納米粉末，目的是為了提高微弧氧化鋅鋁合金表面生成陶瓷層的順應性、嵌藏性及耐磨性，主要是優化微弧氧化電流、電壓、時間控制等工藝參數，合理選擇氧化液配方及組份。
2.本發明權利要求書1所述的微弧氧化電流、電壓的控制、氧化液溫度的控制、氧化時間量的控制是提高鋅鋁合金表面生成陶瓷層合金產品質量的關鍵，其特徵是要求分別設置恆電流、恆電壓控制裝置和氧化液熱交換溫控裝置，微弧氧化電壓一般都在200～500V範圍內變化，氧化電流可達9～10A/dm2，一般控制在3～8A/dm2範圍內，氧化液溫度一般控制在40-60℃範圍內，但隨著氧化時間的延長，陶瓷氧化膜層也隨之不斷形成及增加厚度，氧化時間越長，陶瓷膜層的緻密度越高，但表面的粗糙度也隨之增加，一般情況下，微弧氧化時間控制應根據使用技術要求膜層厚度來決定，一般都控制在30～60分鐘範圍內，即可獲取微弧氧化鋅鋁合金表面無機改性生成高硬度、高耐磨、高耐蝕陶瓷層合金。
3.本發明權利要求書1所述的生產準備，其特徵是計算鋅鋁合金零部件表面積，清洗零部件表面，優選各項工藝參數，配製合適的氧化液濃度及組份，在氧化液中加入納米Cu、Mo粉末，進入微弧氧化程序，將電壓升至380V，將陽極氧化電壓升至460V，進入工藝參數值；氧化電流升至8～9A/dm2，此值隨膜層厚度、氧化時間量而變化，注意控制陶瓷膜層生成初始時間t1～t2區間的最佳生成速度，為氧化膜轉向內部生長創造條件；微弧氧化電壓控制在200～500V範圍內變化，氧化電流控制在3～8A/dm2範圍內變化。
4.本發明權利要求書1所述的氧化液溫度控制在40～60℃範圍內變化，其特徵是浸泡在氧化液中的鋅鋁合金零件表面在較高的陽極電壓施加下，使其表面初始生成一層膜層當絕緣氧化層局部被擊穿，產生微壓等離子弧光放電，在等離子微弧放電產生的高密度能量作用下，鋅鋁合金零件表面與氧化液界面形成瞬時高溫、高壓微弧，氧化膜及界面層的氧化液等物質被熔融與沉積於膜層表面的納米Cu、Mo等粉末燒結而形成陶瓷膜層。
5.本發明權利要求書I所述的氧化時間根據技術工藝參數要求、陶瓷層厚度確定氧化時間量為30分鐘，其特徵是通過優化微弧氧化膜層的生長過程的電流效率與微弧氧化時間量的工藝參數，最終獲取最佳技術經濟厚度的鋅鋁合金表面高硬度、高耐磨、高耐蝕陶瓷層合金。
全文摘要
本發明涉及一種微弧氧化鋅鋁合金表面生成陶瓷層及製造方法，以美國ZA27合金配方為基礎，以調整配方來提高基材力學性能，在不改變基材室溫綜合性能情況下，微弧氧化鋅鋁合金表面生成陶瓷層合金；高硬度HV
文檔編號C25D11/02GK1432669SQ02113248
公開日2003年7月30日 申請日期2002年1月18日 優先權日2002年1月18日
發明者鄧才松 申請人:鄧棟才