一种铸造铝合金高硬度硬质阳极氧化工艺方法技术

本发明专利技术属于材料表面处理领域，具体涉及一种铸造铝合金高硬度硬质阳极氧化工艺方法，包括阳极氧化步骤；采用阶梯直流电源方式进行硬质阳极氧化，阳极化基础电流密度为0.5A/dm

【技术实现步骤摘要】
一种铸造铝合金高硬度硬质阳极氧化工艺方法
本专利技术属于材料表面处理领域，具体涉及一种铸造铝合金高硬度硬质阳极氧化工艺方法，适用于ZL101、ZL105等铝-硅系铸造铝合金。
技术介绍
ZL101和ZL105属于铝-硅系列铸造铝合金，由于其优良的铸造工艺性被广泛运用于结构复杂、壁厚较薄或有气密性要求的铸造壳体零件上。该类零件通常承受相对滑动摩擦运动，为提高其表面耐磨性，一般采用硬质阳极化工艺方法。由于铸造铝合金中合金化元素含量比较高，气孔、针孔、疏松等缺陷较多，特别是含硅量较高铝-硅系列铝合金容易造成硅的偏析。另外，硅本身不能被氧化，以单质状态嵌在阳极氧化膜内，硅偏析位置的电流比较大，导致成膜困难及膜厚均匀性差，膜层易被击穿，严重影响膜层使用性能。因此在铸造铝合金获得高硬度(HV≥350)硬质阳极化膜层等良好性能的技术难度较大。根据我国标准GB/T19822-2005《铝及铝合金硬质阳极氧化膜》规定铜含量＜2％(或)硅含量小于8％的铸造合金显微硬度HV0.05≥250，而在零件实际使用过程中提出了更高的耐磨性需求。但目前国内外的期刊杂志，还没有专门针对ZL101和ZL105铝合金硬质阳极化膜层硬度达HV350的阳极氧化工艺的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种铸造铝合金高硬度硬质阳极氧化工艺方法，硬质阳极氧化后的膜层金相显微硬度达HV≥350，明显提高ZL101、ZL105铝合金耐磨性及减小产品运动过程中产生的零件磨损。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案具体如下：一种铸造铝合金高硬度硬质阳极氧化工艺方法，包括阳极氧化步骤；所述阳极氧化步骤采用阶梯直流电源方式进行硬质阳极氧化，阳极化基础电流密度为0.5A/dm2～0.8A/dm2，阳极氧化电流密度为1A/dm2～3A/dm2；阳极化槽液温度为-5℃～5℃；阳极化时间包括缓启时间60min，阳极氧化总时间90～120min及缓降时间1min；阳极化终端电压为40V～54V；所述缓启时间是零件电流密度从0A/dm2升至阳极氧化电流密度所用时间；所述缓降时间是从氧化电流密度降至0A/dm2所需的时间。在上述技术方案中，所述铸造铝合金高硬度硬质阳极氧化工艺方法适用于ZL101或ZL105铝合金。在上述技术方案中，所述阳极氧化步骤的阳极氧化槽液成分及成分浓度分别是：硫酸：300～330g/L，Al3+＜15g/L，其余为去离子水；所述硫酸密度为1.84g/mL。在上述技术方案中，所述阳极氧化步骤还包括洁净压缩空气搅拌的步骤。在上述技术方案中，所述阳极氧化电流密度为1A/dm2～1.2A/dm2，所述阳极化槽液温度为-5℃～-4.2℃，所述阳极化总时间90～100min，所述阳极化终端电压为50V～54V。在上述技术方案中，所述阳极氧化电流密度为1A/dm2～1.1A/dm2，所述阳极化槽液温度为-5℃～-4.9℃，所述阳极化总时间100～110min，所述阳极化终端电压为45V～46V。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供了一种铸造铝合金高硬度硬质阳极氧化工艺方法，主要从改变工艺方法进行摸索及改进、试验验证，包括电源方式、槽液温度、缓启时间、阳极氧化时间、终端电压及槽液浓度这几个方面的相互协同作用，硬质阳极氧化后膜层金相显微硬度达HV≥350，能明显提高ZL101、ZL105铝合金使用的耐磨性及减小产品运动过程中产生的零件磨损，填补该材料在硬质阳极氧化膜层高硬度工艺的空白。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。图1是本专利技术的铸造铝合金高硬度硬质阳极氧化工艺方法所采用的氧化时间与电流密度曲线关系图；图2是本专利技术所提供的适用于ZL101、ZL105铝合金的铸造铝合金高硬度硬质阳极氧化工艺方法的流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做以详细说明。本专利技术的专利技术思想为：本专利技术提供了一种铸造铝合金高硬度硬质阳极氧化工艺方法，与现有的硬质阳极化工艺在原理上都是相同的(见图2)，不同的是，本专利技术在硬质阳极氧化过程中采用的工艺参数完全不同，而本专利技术所采用的工艺参数并不能通过有限次的试验摸索并得到，具体而言，本专利技术所提供的铸造铝合金高硬度硬质阳极氧化工艺方法如下：硬质阳极氧化过程采用阶梯直流电源方式进行阳极化(见图1)，阶梯直流电源方式采用的基础电流密度为0.5A/dm2～0.8A/dm2，硬质阳极氧化电流密度为1A/dm2～3A/dm2，在初始0min～5min之内根据零件面积及基础电流密度，给出零件初始电流，在此电流值下氧化5min，随后根据图1阶梯电源方式进行阳极化，缓启60min后保持阳极化过程稳定氧化；阳极氧化槽液温度为-5℃～5℃，阳极化前根据槽液温度显示值，到规定温度后，用温度计在镀槽不同位置进行测量，保证槽液温度均匀性；阳极氧化总时间(90～120)min，阳极化过程结束后，零件终端电压为40V～54V；随后将槽端电流在1min内降至0。缓启时间是从零件电流密度从0升至基础电流密度所用时间；缓降时间是从氧化电流密度降至0所需的时间；硬质阳极氧化全程有洁净压缩空气搅拌。与此同时，本专利技术还对硬质阳极氧化槽液进行重新设计，针对铸造铝合金ZL101和ZL105材料，该阳极氧化槽液具体配方：硫酸：300～330g/L，Al3+＜15g/L，其余为去离子水；所述硫酸密度是1.84g/mL。本专利技术主要针对材料航空发动机的零件ZL101、ZL105铝合金在硫酸体系中进行硬质阳极化，各工艺参数相互协同作用，将此材料硬质阳极化后膜层硬度HV≥350，提高零件表面耐磨性，填补该材料在硬质阳极化膜层高硬度工艺的空白。在硫酸体系中不断调整槽液配方和工艺参数，分三个阶段进行试验：工艺参数摸索阶段，优化工艺参数后试验验证阶段，正式加工产品零件阶段，得出适合ZL101、ZL105铝合金高硬度硬质阳极化工艺。本专利技术主要从改变工艺方法进行试验，包括电源方式、槽液温度、缓启时间、阳极化时间、终端电压及槽液浓度。下表1为几次主要试验情况统计，槽液成分：硫酸：300～330g/L，Al3+＜15g/L以及剩余水为去离子水；所述硫酸密度是1.84g/mL。表1ZL101、ZL105铝合金样件硬质阳极化试验情况明细表通过多次验证试验，硬质阳极化膜层硬度均达到HV≥350。结合试验情况需注意：1)零件放入槽液中5min之内必须通电；2)硬质阳极氧化前，槽液温度到规定温度后，用温度计在槽液不同位置进行测量，槽液温差在±1℃；3)硬质阳极氧化时间视膜层厚度而定，一般当厚度要求不小于40μm时，阳极化时间不少于90min，且不宜超过120min；4)在搅拌空气停止及停电情况下，由操作者立即在将零件从阳极化槽取出，然后立即进行静止冷水清洗及流动冷水清洗工序；5)硬质阳极化槽不加工零件时应该加盖防护，防止槽液交叉污染。实施实例：1)采用本专利技术的工艺方法对XX-23壳体进行硬质阳极氧化；2)槽液配方：硫酸(H2SO4，ρ＝1.84g/mL)按312g/L配制Al3+＜15g/L其余为去离子水；3)工艺参数：采用阶梯电源方式进行硬质阳极化，基础电流密度为0.5A/dm2，阳极氧化电流密度为1.5A/dm2，终端电压为45V；阳极化过程中槽液温度为-4.5℃；压缩空气搅拌；氧化时间：95min；缓本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铸造铝合金高硬度硬质阳极氧化工艺方法，包括阳极氧化步骤；其特征在于，所述阳极氧化步骤采用阶梯直流电源方式进行硬质阳极氧化，阳极化基础电流密度为0.5A/dm2～0.8A/dm2，阳极氧化电流密度为1A/dm2～3A/dm2；阳极化槽液温度为‑5℃～5℃；阳极化时间包括缓启时间60min，阳极氧化总时间90～120min及缓降时间1min；阳极化终端电压为40V～54V；所述缓启时间是零件电流密度从0A/dm2升至阳极氧化电流密度所用时间；所述缓降时间是从氧化电流密度降至0A/dm2所需的时间。

【技术特征摘要】
1.一种铸造铝合金高硬度硬质阳极氧化工艺方法，包括阳极氧化步骤；其特征在于，所述阳极氧化步骤采用阶梯直流电源方式进行硬质阳极氧化，阳极化基础电流密度为0.5A/dm2～0.8A/dm2，阳极氧化电流密度为1A/dm2～3A/dm2；阳极化槽液温度为-5℃～5℃；阳极化时间包括缓启时间60min，阳极氧化总时间90～120min及缓降时间1min；阳极化终端电压为40V～54V；所述缓启时间是零件电流密度从0A/dm2升至阳极氧化电流密度所用时间；所述缓降时间是从氧化电流密度降至0A/dm2所需的时间。2.根据权利要求1所述的铸造铝合金高硬度硬质阳极氧化工艺方法，其特征在于，所述工艺方法适用于ZL101或ZL105铝合金。3.根据权利要求1或2所述的铸造铝合金高硬度硬质阳极氧化工艺方法，其特征在于，所述阳极氧化步骤的阳极...

【专利技术属性】
技术研发人员：程琳，肖飞，李丽，张欢，于洪波，
申请(专利权)人：中国航发长春控制科技有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林,22