【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及表面处理，具体涉及一种大长径比铝合金筒体陶瓷化处理方法及装置。
技术介绍
1、铝合金具有质量轻、比强度高、成型性好、易于加工等优点，被广泛应用于航空航天、车辆工程、电子器件、建筑施工、医疗设备、国防军工等领域。但是，铝合金实际硬度低、耐磨耐蚀性差，实际应用工况中易出现断裂、失效等问题，从而极大地限制了铝合金在各个领域中的应用场景。
2、微弧氧化技术，是一种利用弧光放电增强并激活阳极上的反应，从而实现在铝、钛、镁等金属及其合金为材料的工件表面形成优质的强化陶瓷膜的方法，其能够有效改善铝、钛、镁等金属及其合金表面性能。然而，目前的微弧氧化手段在针对特殊的金属或合金工件时，例如：大长径比的铝合金筒体时，存在诸多的影响因素、从而限制了微弧氧化技术对其应用，如：易出现制备的陶瓷层韧性差、膜基结合强度低、致密性差等问题，导致摩擦、振动等复合工况下，制备的膜层剥离、开裂、渗透等问题，从而失去对铝合金工件的保护作用；同时，由于此类工件自身的特殊结构、易造成内部电场屏蔽，出现工件内部无法进行微弧氧化陶瓷化或局部陶瓷层较薄的问题，导致工件内腔陶瓷层分布不均，造成工件整体的陶瓷包裹性弱、陶瓷层对工件的保护作用差，出现工件由内至外的断裂、失效等问题，进而限制了铝合金筒体的进一步应用。
技术实现思路
1、针对以上现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种大长径比铝合金筒体陶瓷化处理方法，该方法能够有效解决大长径比的铝合金筒体在微弧氧化过程中制备的陶瓷层韧性差、膜基结合强度差、
2、本申请的另一个目的在于提供一种大长径比铝合金筒体陶瓷化处理装置。
3、本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
4、一种大长径比铝合金筒体陶瓷化处理方法，包括：
5、步骤一、工件预处理：将大长径比的铝合金筒体进行预处理，去除其表面的油污与杂质；
6、步骤二、激光强化处理：将预处理后的铝合金筒体安装在辅助工装上，并将激光发生器对准筒体内壁，开启激光发生器进行激光扫描强化；
7、步骤三、陶瓷层制备：首先，将阴极工装插入铝合金筒体内部；然后，将激光扫描强化后的带有铝合金筒体的辅助工装与阴极工装共同浸入电解液，辅助工装连接阳极；之后，在带有电解液的电解池下方设置超声转换器；最后，开启微弧氧化电源与超声转换器进行陶瓷层制备；
8、步骤四、陶瓷层封孔：陶瓷层制备完成后，断开微弧氧化电源、保持超声转换器开启，向电解池中加入封孔剂，完成陶瓷层封孔。
9、基于上述方案的进一步优化，所述步骤二中激光强化处理的激光发生器的参数频率为120～150w，激光发生器下端端部与铝合金筒体上端端部的距离为45～55cm，激光光斑直径为2～6mm，激光强化处理的时间为1～2min。
10、基于上述方案的进一步优化，所述步骤三中带有铝合金筒体的辅助工装下降深度具体为：铝合金筒体顶端位于电解液液面下方的20～30mm处。
11、基于上述方案的进一步优化，所述步骤三中电解液的组成包括磷酸钠18～32g/l，四硼酸钠8～22g/l，偏钒酸钠2～4g/l，氮化硅晶须22～28g/l，氟锆酸钾12～18g/l，硝酸钇1～2g/l，其余为去离子水。
12、基于上述方案的进一步优化，所述步骤三中微弧氧化的参数为：正电流密度2.5～7.5a/dm2，负电流密度1.5～3.5a/dm2，电源频率350～750hz，占空比10～30％，微弧氧化时间40～110min，超声频率25～55khz，超声功率120～140w。
13、基于上述方案的进一步优化，所述步骤四中封孔剂包括35～45ml/l的氧化石墨烯与10wt％的明胶溶液。
14、通过在电解液中添加氮化硅晶须作为主要增韧相，能够达到微弧氧化陶瓷层的增韧效果；但是，实际应用过程中，氮化硅晶须的加入会明显降低陶瓷层的致密度，导致其(即氮化硅晶须)的增韧效果并不显著、未达到预期，且添加氮化硅晶须后，由于致密度缺陷，会造成陶瓷层部分脱落，进而导致铝合金筒体内部的陶瓷层不均匀效果更加明显。
15、因此，本申请在进行微弧氧化前，首先通过激光扫描强化对铝合金筒体内部的表面进行活化处理，改善铝合金筒体内壁的显微组织形态，使其在后续陶瓷化过程中具有更多的反应通道，以使得铝合金筒体表面更容易附着陶瓷层、即增加陶瓷层与筒体内壁的膜基结合强度(实际制备过程中，未进行激光扫描强化、直接进行上述步骤三的微弧氧化过程所制得的陶瓷层，在进行反复振动过程中、出现内腔陶瓷层部分脱落的现象)；同时，通过在电解液中加入氟锆酸钾，利用超声波的辅助作用，氮化硅晶须和锆盐在陶瓷层中的等离子体放电通道内、粒子运动速度加快，粒子形成和生长速度提高，随着复杂的电化学、等离子体等化学反应，在电解过程中分解生成纳米氧化锆，吸附在氮化硅晶须表面，增强晶须和基体晶粒的界面结合强度，宏观裂纹扩展穿过晶粒时产生偏转和桥接，目标性的改善提高氮化硅晶须的引入导致的致密性下降的问题，二者协同对陶瓷层起到进一步的增韧效果。此外，本申请通过在电解液中加入硝酸钇，通过超声波的辅助扩散，使其均匀分布在制备的膜层内，进一步提升膜层的致密性以及硬度；且通过硝酸钇以及后续氧化石墨烯、明胶溶液组成的封孔剂的配合，利用超声波的扩散，促使封孔剂扩散至陶瓷层表面、并进一步向陶瓷层表面的孔洞渗透，使其粘附在陶瓷的孔洞与表面，从而产生一系列交联反应、生成高分子聚合物，形成稳固且结合力强的封孔层、嵌入陶瓷层的表面与孔洞中，有效避免微弧氧化后陶瓷层出现间隙、孔洞等问题，影响其致密性以及结合强度，有效提升复合陶瓷层的致密性、增韧强度以及耐磨耐蚀等性能，避免反复冲击、振动工况下陶瓷层出现剥离、脱落问题。
16、一种大长径比铝合金筒体陶瓷化处理装置，包括电解池、升降导轨、激光发生器、辅助工装、阴极工装、超声转换器及微弧氧化电源，升降导轨竖直设置在电解池内且其顶部露出电解池，升降导轨顶端固定设置激光发生器且升降导轨位于激光发生器的下侧滑动设置滑块，滑块一侧固定设置辅助工装，辅助工装上均匀设置用于铝合金筒体固定的基座，滑块端面且对应辅助工装转动设置阴极工装；超声转换器设置在电解池底部，微弧氧化电源设置在电解池外侧且微弧氧化电源的阳极与辅助工装连接、阴极与阴极工装连接。
17、基于上述方案的进一步优化，所述电解池外壁设置循环冷却回路，超声转换器位于循环冷却回路下侧。
18、基于上述方案的进一步优化，所述电解池外侧设置超声发射器且超声发射器与超声转换器连接。
19、基于上述方案的进一步优化，所述阴极工装与滑块之间通过竖直导杆连接；具体为：滑块端面固定设置竖直导杆，阴极工装包括滑动套、转动套、定位杆与阴极杆，滑动套同轴套接在竖直导杆外壁且滑动套内壁与竖直导杆外壁滑动连接，转动套同轴套接在滑动套外壁且转动套内壁与滑动套外壁转动连接，转动套对应辅助工装的一侧外壁固定本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种大长径比铝合金筒体陶瓷化处理方法，其特征在于：包括：
2.根据权利要求1所述的一种大长径比铝合金筒体陶瓷化处理方法，其特征在于：所述步骤二中激光强化处理的激光发生器的参数频率为120～150W，激光发生器下端端部与铝合金筒体上端端部的距离为45～55cm，激光光斑直径为2～6mm，激光强化处理的时间为1～2min。
3.根据权利要求1或2所述的一种大长径比铝合金筒体陶瓷化处理方法，其特征在于：所述步骤三中带有铝合金筒体的辅助工装下降深度具体为：铝合金筒体顶端位于电解液液面下方的20～30mm处。
4.根据权利要求1～3任一项所述的一种大长径比铝合金筒体陶瓷化处理方法，其特征在于：所述步骤三中电解液的组成包括磷酸钠18～32g/L，四硼酸钠8～22g/L，偏钒酸钠2～4g/L，氮化硅晶须22～28g/L，氟锆酸钾12～18g/L，硝酸钇1～2g/L，其余为去离子水。
5.根据权利要求4所述的一种大长径比铝合金筒体陶瓷化处理方法，其特征在于：所述步骤三中微弧氧化的参数为：正电流密度2.5～7.5A/dm2，负电流密度1.5～3.
6.根据权利要求4所述的一种大长径比铝合金筒体陶瓷化处理方法，其特征在于：所述步骤四中封孔剂包括35～45ml/L的氧化石墨烯与10wt％的明胶溶液。
...【技术特征摘要】
1.一种大长径比铝合金筒体陶瓷化处理方法，其特征在于：包括：
2.根据权利要求1所述的一种大长径比铝合金筒体陶瓷化处理方法，其特征在于：所述步骤二中激光强化处理的激光发生器的参数频率为120～150w，激光发生器下端端部与铝合金筒体上端端部的距离为45～55cm，激光光斑直径为2～6mm，激光强化处理的时间为1～2min。
3.根据权利要求1或2所述的一种大长径比铝合金筒体陶瓷化处理方法，其特征在于：所述步骤三中带有铝合金筒体的辅助工装下降深度具体为：铝合金筒体顶端位于电解液液面下方的20～30mm处。
4.根据权利要求1～3任一项所述的一种大长径比铝合金筒体陶瓷化处理方法，其特征在于：所述步骤三中电解液的组...
【专利技术属性】
技术研发人员：李忠盛，詹青青，黄安畏，丛大龙，李立，杨九州，吴厦，周少兰，罗茜，唐晶晶，李富春，王旋，
申请(专利权)人：中国兵器装备集团西南技术工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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