鋁合金微弧陽極化及加工技術

1、鋁合金微弧陽極化及加工技術摘要：航空發(fā)動機從頭部到尾部共有三級作動筒，分別控 制著低壓、高壓壓氣機的葉片角度和尾噴口部位加力噴口大 小。為了減輕重量，前面兩級作動筒都是鋁合金材質，以往 的硫酸陽極化已經不能滿足惡劣環(huán)境的防腐要求，急需有新 技術和新工藝來解決上述問題，微弧陽極化的出現解決了上 述問題。關鍵詞：鋁合金；防腐； 微弧陽極化；布磨；加 工中圖分類號：tg174. 453文獻標識碼：a隨著先進發(fā)動機推重比的提高，鋁合金、鎂合金的材料 特性越來越受到關注。但由于鋁合金、鎂合金自身在耐腐蝕 性、耐磨性等性能上存在不足，極大地限制了這類材料的應 用領域。鋁合金現行工藝采用普通硫酸陽極化和局部

2、硬質陽 極化處理，這種防護方法雖然可一定程度上提高了基體的耐 腐蝕性和耐磨性，但對于一些工作環(huán)境特殊的典型零件，如 整流帽罩、作動筒筒體等，不僅要求具有較高的耐腐蝕性， 而且要求具有較高的耐磨性和抗沖刷性能。因此研究開發(fā)先 進的表面防護處理技術，提高鋁合金、鎂合金在復雜環(huán)境的 “三防”（防鹽霧、防濕熱、防霉菌）能力是我們在先進發(fā) 動機研制過程中亟待解決的課題。采用微弧陽極化防護技 術，使鋁合金、鎂合金材料的耐鹽霧腐蝕、耐濕熱腐蝕、耐 霉菌腐蝕、耐磨等性能均得到了顯著提高，從而達到了某型 號機發(fā)動機設計標準要求。1微弧陽極化原理微弧陽極化技術是在陽極氧化技術基礎上發(fā)展起來的， 它突破了傳統(tǒng)的陽極

3、氧化電流、電壓的限制，在高電壓大電 流的作用下，改變了普通陽極化膜層的物理、化學和機械特 性，使鋁合金、鎂合金表面膜層的耐腐蝕、耐高溫氧化、耐 磨損、絕緣等綜合性能得到了顯著提高。微弧氧化的具體過 程可以描述如下：a1合金、mg合金材料零件作為陽極放入 電解質溶液中，通電后立即在金屬表面陽極氧化生成很薄的 氧化物絕緣膜，當工件上施加的電壓超過某一臨界值時，即 施加在電極上的工作電壓達到火花放電區(qū)后，絕緣膜上某些 薄弱的部位產生放電擊穿，發(fā)生微弧放電現象，在微弧火花 放電瞬間高溫的作用下，微弧放電區(qū)域內氧化物發(fā)生瞬間熔 化，當熔融態(tài)的反應產物接觸到溶液時立即被冷卻并快速凝 結成穩(wěn)定的固態(tài)氧化物沉

4、積于電極表面，并與基體形成冶金 結合的陶瓷性微弧氧化膜，恢復該局部區(qū)域的絕緣性；由于 在冷凝過程中，膜層內存在較髙的熱應力，使微弧氧化膜中 產生微裂紋，即出現新的容易被火花放電擊穿的薄弱點。這 一過程周而復始，使得氧化膜不斷生長并增厚。同時由于擊 穿總是在氧化膜相對薄弱部位發(fā)生，因此最終形成的氧化膜是均勻的。由此可見，微弧氧化過程是個極其復雜的過程。1.1微弧陽極化技術工藝特點1.1.1大幅度地提高了材料的表面硬度， 顯微硬度在 1000至2000hv （維氏硬度），最高可達3000hv,可與硬質合 金相媲美，大大超過熱處理后的高碳鋼，高合金鋼和高速工 具鋼的硬度。1. 1.2良好的耐磨性能、

5、良好的耐熱性及抗腐蝕性。這 從根本上克服了鋁、鎂、鈦合金材料在應用中的缺點。1. 1. 3有良好的絕緣性能， 絕緣電阻可達100mw o1. 1.4溶液為環(huán)保型，可達到零排放標準，符合環(huán)保排 放要求。1. 1.5工藝穩(wěn)定可靠，設備工藝簡單。1.1.6反應在常溫下進行，操作方便，易于掌握。1. 1.7基體原位生長陶瓷膜，致密均勻，結合牢固，與 基體結合力達250300mpao1.2與陽極氧化相比，微弧陽極化具有下列特點1.2. 1微弧陽極化采用弱堿性溶液，對周圍環(huán)境不造成 污染，屬于清潔加工工藝和環(huán)保型表面處理技術，微弧陽極 化中只放出氫氣、氧氣，對人體無害；1.2.2工藝簡單，特別對于工業(yè)樣品

6、的預處理不像陽極 氧化要求的那樣嚴格和繁雜，只要求樣品表面去污去油，不 需要去除表面的自然氧化層，也不需要表面打磨。1. 2. 3微弧陽極化可以一次完成，也可以分幾次完成。 特別對于氧化膜要求很厚的樣品可以分幾次氧化，而陽極氧 化一旦中斷就必須重新開始。1.2.4在陽極氧化不易成膜的某些鋁合金如al-cu. al-si等合金表面，同樣可獲得性能很好的厚膜，尤其在 al-cu合金表面（如ly12合金），可以形成高硬度的厚膜， hv可達到1600以上。該技術是一項具有廣泛應用前景的金屬材料表面改性 技術，特別適用于高速旋轉、耐磨損、耐腐蝕、絕緣性好的 鋁、鎂、鈦合金零部件的表面處理。在工業(yè)生產的各

7、個方面 以及航空航天、兵器制造石油化工等行業(yè)中有著及其廣泛的 應用前景。2膜層生長規(guī)律通過某型發(fā)動機作動筒做微弧陽極化試驗摸索出膜層 生長規(guī)律，從而控制微弧陽極化后零件的尺寸加工余量?？?慮到測量誤差，膜層平均向外生長要比向內生長小一些。3微弧陽極化之后零件的加工做完微弧陽極化之后的零件硬度較高，并且脆性較大， 加工的時候只能采用磨削加工。磨削加工有兩種方法，一種 是在內圓磨床上加工后再用羊毛氈輪輔助加以研磨膏拋光； 另一種是在布磨機上布磨。一般要求作動筒內孔表面的粗糙 度為rao. 20 um,通過實踐證明，布磨的效果是最好的。下 面簡要的分析一下這兩種加工方法的孰優(yōu)孰劣。3. 1內圓磨床加

8、工在內圓磨床上對零件進行裝夾固定，找正零件后就可以 進行加工，加工過程中對零件的冷卻沒有特殊的要求，只需 要正常的冷卻即可。這種方法可以消除零件因為做完微弧陽 極化之后帶來的內孔增加尺寸不一致帶來的橢圓度，完全可 以修正過來。磨削完內孔的零件可以在改造過的內圓磨床上用研磨 膏拋光，拋光后的零件在潔凈的汽油中清洗干凈，該零件即 宣告加工完成。3.2新磨加工在立式布磨機上用布磨頭加工，油石條采用金剛石材 質。冷卻潤滑采用航空煤油，通過反復加工，加工表面的粗 糙度很好,在很短的時間內就可以達到rao. 20 urn的粗糙度。 該種方法加工可以有很高的加工效率，很高的表面加工質 量。適用于有布磨機的加

9、工企業(yè)。對于條件不具備或者條件不成熟的加工企業(yè)可以采用 第一種方法加工，但是效率較為低下。為了保證零件內孔的 圓柱度，最好是在內圓磨床上加工保證零件內孔的圓柱度， 再通過布磨機布磨保證內孔的粗糙度。結語總體來說，鋁合金微弧陽極化技術在航空發(fā)動機行業(yè)的 應用尚屬首次，由于零件結構和應用環(huán)境的特殊性，還有些 技術問題和工藝方法尚待探索和進一步改進。比如，做完微 弧陽極化后的零件在周轉運輸和加工過程中一定要小心輕 拿輕放，最好有獨立的包裝箱對每一個零件進行單獨運輸， 因為在周轉的過程中只要有輕微的磕、碰就會將表層的陽極 化層碰掉，脆性太大，表面一旦有損傷，就會喪失保護作用， 對于航空發(fā)動機的使用環(huán)境來說就會帶來不利的影響。在這 方面還需要我們的技術