專利名稱：微弧氧化鋅鋁合金表面生成陶瓷層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微弧氧化鋅鋁合金表面生成陶瓷層及其制造方法，目前，國(guó)內(nèi)外鋅鋁合金有史以來(lái)通存“耐高溫沖擊性能差，熱膨脹系數(shù)大，工作溫度，工作轉(zhuǎn)速，承載能力等低于銅合金，不能滿足在工況惡劣的條件下工作，長(zhǎng)期限制著合金的應(yīng)用領(lǐng)域及應(yīng)用范圍而成為難點(diǎn)；為此，國(guó)內(nèi)外科技人員實(shí)施了各種舉措；如在鋅鋁合金熔液中添加“微量合金復(fù)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(diǎn)，但結(jié)果收效甚微；本發(fā)明的目的就針對(duì)鋅鋁合金上述難點(diǎn)，為此目的自行投資歷時(shí)研制5年多，本發(fā)明提出以下技術(shù)解決方案本發(fā)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(guó)公布的ZA27合金成份的基礎(chǔ)上，通過(guò)調(diào)整各金屬元素含量、微量元素復(fù)合加入量來(lái)提高陶瓷層合金基材的力學(xué)性能和有利于微弧氧化陶瓷膜層的形成創(chuàng)造條件AL27～48％、Mg0.04～1.6％、Cu2.5～4.0％、Zr0.03～0.10％、Zn為余量；計(jì)算各合金元素加入量及制成的微量元素中間合金和ALCu中間合金的加入量；熔煉時(shí)，采用“K”法排出原材料中產(chǎn)生熔煉熱等氫氣源，將AL錠及ALCuZr中間合金加入爐中熔化后，加入2/3 Zn錠，然后用鐘罩壓入法加入MgHf微量元素合金，最后加入剩余的Zn錠及回爐料；攪拌合金液，分別加入各型復(fù)合添加劑，經(jīng)精煉后，采用“H”法排除合金熔液中殘余的氫原子，然后扒渣；最后澆注成型；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(zhì)量基材；96年，采用激光表面復(fù)合處理無(wú)機(jī)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(chǎn)品成本，失去市場(chǎng)價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)能力而擱置，但此舉發(fā)現(xiàn)鋅鋁合金表面是能夠生成陶瓷層合金的；在此基礎(chǔ)上，創(chuàng)新100Kw特殊電源及自動(dòng)控制系統(tǒng)裝置及高純?nèi)ルx子水配制成工藝技術(shù)參數(shù)要求的，不同成份、不同濃度、不同組份的氧化液；根據(jù)技術(shù)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(yīng)性、嵌藏性及耐磨性；氧化液內(nèi)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(guò)國(guó)家A級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，可用一定數(shù)量比例的酸進(jìn)行中和即可達(dá)到國(guó)家A級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)；主要是優(yōu)化微弧氧化電流、電壓、時(shí)間控制等工藝參數(shù)，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(fā)明微弧氧化電流、電壓的控制、氧化液溫度的控制、氧化時(shí)間量的控制是提高鋅鋁合金表面生成陶瓷層合金產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵；要求分別設(shè)置恒電流、恒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范圍內(nèi)變化，氧化電流可達(dá)9～10A/dm2，一般控制在3～8A/dm2范圍內(nèi)，氧化液溫度一般控制在40-60℃范圍內(nèi)，但隨著氧化時(shí)間的延長(zhǎng)，陶瓷氧化膜層也隨之不斷形成及增加厚度，氧化時(shí)間越長(zhǎng)，陶瓷膜層的致密度越高，但表面的粗糙度也隨之增加；一般情況下，微弧氧化時(shí)間控制應(yīng)根據(jù)使用技術(shù)要求膜層厚度來(lái)決定，一般都控制在30～60分鐘范圍內(nèi)，即可獲取微弧氧化鋅鋁合金表面無(wú)機(jī)改性生成高硬度、高耐磨、高耐蝕陶瓷層合金；主要優(yōu)點(diǎn)是微弧氧化工藝容易掌握和實(shí)現(xiàn)參數(shù)自動(dòng)控制，易于組織工業(yè)化大生產(chǎn)，設(shè)備占地面積較小，微弧氧化處理能力強(qiáng)，生產(chǎn)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沖擊性能；在室溫條件下，σb390～490Mpa，表面硬度HV62135，工作溫度200℃，工作轉(zhuǎn)速中高轉(zhuǎn)速，工作載荷中重載，耐磨性能相當(dāng)于硬質(zhì)合金，耐腐蝕性能可承受各種介質(zhì)腐蝕；耐腐蝕能力高于1Cr18Ni9Ti 5～8倍以上；代替銅合金、巴氏合金，廣泛用于各行業(yè)機(jī)械設(shè)備的蝸輪、軸瓦、軸套、螺母、模具、導(dǎo)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(lǐng)域和軍工艦船、履帶車輛、發(fā)射平臺(tái)等具有廣闊的應(yīng)用前景；現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明微弧氧化鋅鋁合金表面生成陶瓷層合金及其制造方法。
實(shí)施例1計(jì)算鋅鋁合金零部件表面積，清洗零部件表面，優(yōu)選各項(xiàng)工藝參數(shù)，配制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(yáng)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(shí)間量而變化；注意控制陶瓷膜層生成初始時(shí)間t1～t2區(qū)間的最佳生成速度，為氧化膜轉(zhuǎn)向內(nèi)部生長(zhǎng)創(chuàng)造條件；微弧氧化電流、電壓的控制、氧化時(shí)間量的控制是提高鋅鋁合金表面生成陶瓷層合金產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵；微弧氧化電壓控制在200～500V范圍內(nèi)變化，氧化電流控制在3～8A/dm2范圍內(nèi)變化；氧化液溫度控制在40～60℃范圍內(nèi)變化；浸泡在氧化液中的鋅鋁合金零件表面在較高的陽(yáng)極電壓施加下，使其表面初始生成一層膜層，當(dāng)絕緣氧化層局部被擊穿，產(chǎn)生微壓等離子弧光放電，在等離子微弧放電產(chǎn)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(shí)高溫、高壓微弧，氧化膜及界面層的氧化液等物質(zhì)被熔融與沉積于膜層表面的納米Cu、Mo等粉末燒結(jié)而形成陶瓷膜層；氧化時(shí)間根據(jù)技術(shù)工藝參數(shù)要求、陶瓷層厚度確定氧化時(shí)間量為30分鐘；通過(guò)優(yōu)化微弧氧化膜層的生長(zhǎng)過(guò)程的電流效率與微弧氧化時(shí)間量的工藝參數(shù)，最終獲取最佳技術(shù)經(jīng)濟(jì)厚度的鋅鋁合金表面高硬度、高耐磨、高耐蝕陶瓷層合金。
實(shí)施例2計(jì)算鋅鋁合金零件表面積，預(yù)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(yáng)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(qū)間的最佳生成速度，為氧化膜轉(zhuǎn)向內(nèi)部生長(zhǎng)創(chuàng)造條件；微弧氧化電壓控制在300V～500V范圍內(nèi)變化，氧化電流控制在4～8A/dm2范圍內(nèi)變化，氧化液溫度控制在40～60℃范圍內(nèi)變化，在瞬時(shí)高溫、高壓作用下絕緣氧化膜層被擊穿，產(chǎn)生微等離子弧光放電，氧化膜及界面層的氧化液等物質(zhì)被熔融燒結(jié)，根據(jù)工藝參數(shù)要求，微弧氧化時(shí)間定為60分鐘，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，氧化層逐漸完善增厚，最終獲取工藝參數(shù)要求厚度的高硬度、高耐磨、高耐蝕陶瓷層合金。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明涉及一種微弧氧化鋅鋁合金表面生成陶瓷層及其制造方法，其特征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(guó)公布的ZA27合金成份的基礎(chǔ)上，通過(guò)調(diào)整各金屬元素含量、微量元素復(fù)合加入量來(lái)提高陶瓷層合金基材的力學(xué)性能和有利于微弧氧化陶瓷膜層的形成創(chuàng)造條件；AL27～48％、Mg0.04～1.6％、Cu2.5～4.0％、Hf0.03～0.15％、Zr0.03～0.10％、Zn為余量，創(chuàng)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(yáng)極氧化的基礎(chǔ)上，利用高壓放電在鋅鋁合金表面產(chǎn)生的等離子體對(duì)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(zhì)被熔融，沉積于膜層表面的納米Cu、Mo……等粉末與正處于熔融狀態(tài)的膜層燒結(jié)而形成的一層性能優(yōu)良的高硬度HV62135、高耐磨相當(dāng)于硬質(zhì)合金、高耐蝕承耐各種介質(zhì)腐蝕的陶瓷層合金，創(chuàng)新100Kw特殊電源及自動(dòng)控制系統(tǒng)裝置及高純?nèi)ルx子水配制成工藝技術(shù)參數(shù)要求的，不同成份、不同濃度、不同組份的氧化液，根據(jù)技術(shù)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(yīng)性、嵌藏性及耐磨性，主要是優(yōu)化微弧氧化電流、電壓、時(shí)間控制等工藝參數(shù)，合理選擇氧化液配方及組份。
2.本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)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(shí)間量的控制是提高鋅鋁合金表面生成陶瓷層合金產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵，其特征是要求分別設(shè)置恒電流、恒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范圍內(nèi)變化，氧化電流可達(dá)9～10A/dm2，一般控制在3～8A/dm2范圍內(nèi)，氧化液溫度一般控制在40-60℃范圍內(nèi)，但隨著氧化時(shí)間的延長(zhǎng)，陶瓷氧化膜層也隨之不斷形成及增加厚度，氧化時(shí)間越長(zhǎng)，陶瓷膜層的致密度越高，但表面的粗糙度也隨之增加，一般情況下，微弧氧化時(shí)間控制應(yīng)根據(jù)使用技術(shù)要求膜層厚度來(lái)決定，一般都控制在30～60分鐘范圍內(nèi)，即可獲取微弧氧化鋅鋁合金表面無(wú)機(jī)改性生成高硬度、高耐磨、高耐蝕陶瓷層合金。
3.本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)1所述的生產(chǎn)準(zhǔn)備，其特征是計(jì)算鋅鋁合金零部件表面積，清洗零部件表面，優(yōu)選各項(xiàng)工藝參數(shù)，配制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(jìn)入微弧氧化程序，將電壓升至380V，將陽(yáng)極氧化電壓升至460V，進(jìn)入工藝參數(shù)值；氧化電流升至8～9A/dm2，此值隨膜層厚度、氧化時(shí)間量而變化，注意控制陶瓷膜層生成初始時(shí)間t1～t2區(qū)間的最佳生成速度，為氧化膜轉(zhuǎn)向內(nèi)部生長(zhǎng)創(chuàng)造條件；微弧氧化電壓控制在200～500V范圍內(nèi)變化，氧化電流控制在3～8A/dm2范圍內(nèi)變化。
4.本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)1所述的氧化液溫度控制在40～60℃范圍內(nèi)變化，其特征是浸泡在氧化液中的鋅鋁合金零件表面在較高的陽(yáng)極電壓施加下，使其表面初始生成一層膜層當(dāng)絕緣氧化層局部被擊穿，產(chǎn)生微壓等離子弧光放電，在等離子微弧放電產(chǎn)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(shí)高溫、高壓微弧，氧化膜及界面層的氧化液等物質(zhì)被熔融與沉積于膜層表面的納米Cu、Mo等粉末燒結(jié)而形成陶瓷膜層。
5.本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)I所述的氧化時(shí)間根據(jù)技術(shù)工藝參數(shù)要求、陶瓷層厚度確定氧化時(shí)間量為30分鐘，其特征是通過(guò)優(yōu)化微弧氧化膜層的生長(zhǎng)過(guò)程的電流效率與微弧氧化時(shí)間量的工藝參數(shù)，最終獲取最佳技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(fā)明涉及一種微弧氧化鋅鋁合金表面生成陶瓷層及制造方法，以美國(guó)ZA27合金配方為基礎(chǔ)，以調(diào)整配方來(lái)提高基材力學(xué)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(hào)C25D11/02GK1432669SQ02113248
公開(kāi)日2003年7月30日 申請(qǐng)日期2002年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月18日
發(fā)明者鄧才松 申請(qǐng)人:鄧棟才