一种钛合金微弧氧化技术
专利汇可以提供一种钛合金微弧氧化技术专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及 钛 合金 表面转化膜技术。特点是将零件置于主要由 硫酸 组成的酸性槽液中做 阳极 ,在低温下通过调节脉冲电源的脉冲时间及 跟踪 频率 ,升压至高于120V时可形成2－12μm的 氧 化膜。本发明形成硬度可达700HV 电阻 可达5×106Ω的防护膜,不仅可以防粘接,同时也可提高零件的 耐磨性 。本发明大大拓展了钛合金尤其是钛合金 紧 固件 的应用范围。，下面是一种钛合金微弧氧化技术专利的具体信息内容。
1、一种钛合金微弧阳极氧化法，包括：除油，装夹， 阳极氧化及水洗，其特征在于：在阳极氧化中，将零件置 于主要由硫酸组成的酸性槽液内，在低温下，采用直流脉 冲电源，通过调节脉冲时间和跟踪频率，逐步升压至高于 120V后在等离子微弧状态下成膜。
2、根据权利要求1所述的钛合金微弧阳极氧化法， 其特征是酸性槽液的配方及温度如下：
H2SO4(p＝1.84) 50-250ml/L
H3PO4(P＝1.7) 0-20ml/L
槽液温度 -10-30℃
3、根据权利要求1或2所述的钛合金微弧阳极氧化 法，其特征是：脉冲供电参数如下：
电流密度 1-12A/dm2
持续时间 0.02-0.8S
跟踪频率 0.25-2.95HZ
升压时间 10-50min
终结电压 120-300V
本发明属于钛合金表面处理技术，具体涉及钛合金零 件，特别是钛合金紧固件表面电化学转化膜工艺方法。
众所周知，钛合金的比强度高、比重小，耐热性好， 抗蚀性优良，已经广泛地应用于航天，航空，造船及化工 行业。但是，由于钛合金是由90％以上的钛形成的合金， 其电极电位较负(-1.75V)，与铝、镁合金零件，镀锌、 镀鎘的钢铁件及其它金属或镀层接触时，会产生电子转 移，容易发生电化学接触腐蚀导致粘接；另外，钛合金硬 度比较高温合金、不锈钢等又低很多，耐磨性较差。这些 特性均限制了钛合金的使用范围。航空工业出版社1993 年出版的《航空制造工程手册》(表面处理分册)提及钛 及钛合金表面的转化膜处理，指出该转化膜可以用于螺纹 紧固件的防粘滞、用于转动配合中的耐磨、耐擦伤表面。 但是，钛合金在通常电压下成膜困难，要求要在不断升高 电压的条件下，使钛合金处于等离子弧氧化状态，才能使 氧化膜增厚。而该手册并无具体方案。材料保护杂志社 1988年出版的第3期“材料保护”刊登一篇北京航空材 料研究院刘凤岭撰写的“微弧氧化与材料表面陶瓷化”的 文章，主要介绍了铝合金等离子微弧陶瓷化技术。只是在 引言中提及含有钛的金属及其合金，其正文中亦无钛合金 微弧氧化的具体内容。
本发明的目的在于提供一种钛合金零件，尤其是钛合 金紧固件，利用脉冲微弧氧化使表面形成高硬度、高电阻 值防护膜的工艺方法。
本发明的技术解决方案如下：在包括目视检查、除油、 装夹、水洗、阳极氧化、水洗、吹干、检验在内的工艺流 程中，在阳极氧化工序中，将零件置于主要由硫酸组成的 酸性槽液中做阳极，采用直流脉冲电源间歇供电，在低 温下通过调节脉冲时间及跟踪频率，逐步升压至高于120v 后在等离子微弧状态下成膜。其中，槽液中可含有少量的 磷酸，其配方为H2SO4(ρ＝1.84)50～250ml/l；H3PO4(ρ ＝1.7)0～20ml/l；槽液的温度为≤30℃属于低温，一般取为-10 ～30℃。所采用的脉冲电流密度为1-12A/dm2；脉冲持续时 间为0.02-0.8S；跟踪频率为0.25-2.95HZ；升压时间为10- 50min。当然，上述的流程中，除油工艺为常规工艺既可 包括化学除油，也可包括有机溶剂除油。而阳极氧化结束 时的电压，则取决于图纸对零件膜厚的要求，一般为 120-300V。此外，采用的脉冲电流波既可以是锯齿波、 正弦波，又可以是方形波。
附图1为工艺方法流程图。
附图2为结构致密的氧化膜微观形貌图。
附图3为又一种氧化膜微观形貌图。
实施例一，首先对某发动机材料牌号为TC6、BT20 的螺母，螺帽，螺钉等带有盲孔，螺纹及沟槽的零件840件， 进行目视检查，用脱脂棉蘸丙酮轻轻擦拭，并于装夹后在 化学除油槽液中进行化学除油。这时，除油配方如下：
NaoH 30-70 g/L
Na2CO3·10H2O 20-25g/L
Na3Po4 5-15g/L
Na3sio4 3-5g/L
温度 40-80℃
除油后的零件，经水洗后进行脉冲阳极氧化。此时， 装在钛合金夹具上的零件要与夹具紧密接触，保证震颤时 不移位。该氧化槽液的配方及氧化工艺如下：
H2SO4 (p＝1.84) 180-220ml/L
H3PO4 (P＝1.7) 5-15ml/L
槽液温度 0-30℃
电流密度 1-6A/dm2
持续时间 0.3-0.8S
跟踪频率 1.20-0.25HZ
升压过程中，零件的被加工表面都会出现微弧现象。 升压过程持续一段时间后，保持最终电压值至规定的时 间。由于本实施例要制造防粘接的转化膜，故升压时间取 10-20min，终结电压取120-150V。氧化结束后，关闭脉 冲，然后降压，断电，取出零件，进行后续的水洗、吹干 及检验工序。最终合格件经扫描电镜测得，结构致密的氧 化膜厚度为2-3μm ，见附图2所示。采用显微硬度计， 通过计算可知，该氧化膜硬度略高于基体硬度，这是由于 膜非常薄而受基体支撑影响所致。在防粘接对比试验中， 采用本工艺处理的零件膜层完整，零件表面比如螺纹处光 滑无粘接现象，而不带氧化膜的螺母则早已发生接触腐 蚀，甚至旋转困难。该批840件，按工艺流程检查合格， 经装机已经通过发动机300小时长期试车并交付使用。
实施例二，某发动机压板、垫片、销子、支壁，耳套 等，材料牌号TC4、TC11。共计1500件。实施工艺流程 中，检查零件，除油，水洗等工序同实施例一，只是在阳 极氧化工序，其槽液配方及氧化工艺如下：
H2SO4 (p＝1.84) 50-250ml/L
H3PO4 (P＝1.7) 0-20ml/L
槽液温度 -10-10℃
电流密度 2-12A/dm2
持续时间 0.02-0.4S
跟踪频率 2.95-0.8HZ
本实施例的目的是制造耐磨的转化膜，故升压时间取 20-50min，终结电压取140-300V。阳极氧化后的工序亦 同实施例一。最终合格件经涡流测厚仪检测，氧化膜厚度 为5-12μm。同样采用显微硬度计，通过测试计算，其 氧化膜硬度达600-700HV。用扫描电镜观察，该氧化膜 微观膜孔十分丰富，适于留存固体润滑剂，见附图3。该 批1500件经检查合格后亦交付使用。
本发明的优点在于采用脉冲供电方式，克服了钛合金 成膜困难的关键，实现了钛合金尤其是钛合金紧固件表面 形成高硬度(可达700HV)、高电阻(可达5×106Ω) 防护膜的目的。由于在低温下利用脉冲电流间歇供电升 压，因此比较直流法阳极氧化，其氧化膜硬度高，耐磨性 要好，并且有利于膜层的熔融——凝固，使膜层平整，不 降低材料的疲劳极限。总之，本发明使钛合金表面形成一 层2-12μm的防护膜，阻碍了电子传递，抑制了电化学 反应的发生，达到了防粘接的目的，同时也提高了材料的 耐磨性能，可以提高零件使用寿命3倍以上。由于本发明 的实现，大大拓展了钛合金特别是钛合金紧固件、接触件 及衬套件的应用范围。飞机发动机、舰船发动机，汽车发 动机，航天飞行器及一些民品上的高温合金，不锈钢件， 在工作温度允许的条件下，都可以用钛合金阳极氧化件取 代，从而大大减轻系统的重量。对于推重比十分看重的航 空航天领域，前景尤其广阔。
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