钛合金无光黑色阳极化工艺研究.doc

钛合金无光黑色阳极化工艺研究 ? 论文与报告?《自动驾驶仪与红外技术》2008年J~o_l(总第128期) 钛合金无光黑色阳极化工艺研究 周宏,王万强 文摘:本文介绍了钛及其合金在嘲}生溶液及酸}生溶液配方中的戍嗅情况,重点研究了形成无光黑色阳极氧化嗅的电流密度,氧 化电压,氧化时间,溶液的介质成分,槽液温度,数控脉冲电源等对钛合金氧化膜层结构的影响,并对氧化膜层进行了各种tl!-能测 试,由此得出了适宜的制造工艺参数. 关键字:钛合金无光黑色阳极氧化膜层性能测试 1概述 钛合金具有低密度,高比强度,小热膨胀系数,优异的高温力学性能和耐蚀性能等优点,因此,作为一种新 型结构材料,近年来受到普遍重视,广泛应用于航天航空,舰船,医疗,汽车,文体等领域.但是,钛合金具有 磨擦系数高,易氧化,高温高速摩擦易着火等缺点,严重制约了其应用,因此,提高钛合金关键零部件的表面性 能,成为钛合金应用过程中必须攻克的重要课题. 本课题研究需达到的技术指标如下 1.钛合金阳极氧化膜层的反射系数p小于5%. 2.钛合金阳极氧化膜层的耐蚀性:经336h的中性盐雾试验后,在0.02m2的试样表面上不能出现5个以上的, 直径不大于0.8mm的不连续蚀点. 3.钛合金阳极氧化膜层的结合力:按QJ479金属镀覆层结合力试验方法中热震法(300~C保温lh),膜层不 脱落,不起泡. 2成膜原理及研究过程 2.1成膜原理 钛及钛合金是近几年来发展起来的一种新型材料,它有2个极其优越的性能:高的比强度和高温强度;较强 的耐腐蚀能力和易钝化性能.目前,对钛合金成膜过程的研究还较少.根据北京航空航天大学刘建华博导在《钛 合金稀土阳极化成膜过程的电化学研究》【1L’文的报道,成膜模型大致如下:在~F;DI:I电压之初,迅速生成一层致 密的有一定电容i生的氧化膜,外界对电容进行充电,形成电流,直至电流为0,电容充电完毕.一段时间后,电 容被击穿,膜层由于溶解和J’b;Dl:i电压的原因发生结构变化,出现原子空位等缺陷,同时由于稀土铈盐进入氧化膜 中,具有一定的半导体特性.此时,氧化膜可以进行空穴导电和离子导电,产生电流,使得氧化膜不断增厚,这时 氧化膜的生成和溶解是一个相互对立的动态过程.当此过程达到动态平衡时,膜层厚度稳定,电流维持稳定.氧 化膜的生长不断变换位置,加之溶解作用,形成多孔性的氧化膜.氧化膜是凡具有一定半导体特性和电容性的致密 层与多孔层所共同构成的.在整个氧化膜生成过程中,不同阶段导电机制有所不同,最初依靠溶液离子导电给氧化 膜充电形成电流,之后导电是由空穴,铈盐离子和溶液离子共同完成的. 2.2研究过程 试验材料采用钛合金试片,尺寸:中25×5. 2.2.1工艺流程 有机溶剂或水基清洗剂除油一粗化一汽油清洗一装挂一除油一流动热水洗一逆流漂洗一酸腐蚀一逆流漂 洗一阳极氧化一逆流漂洗一流动热水洗一纯水洗一拆卸一干燥一检验. 2.2.2碱性阳极氧化 采用氢氧化钠溶液,用此方法生成的氧化膜为灰白色,不为黑色. 采用磷酸钠溶液,用此方法生成的氧化膜几乎透明,不为黑色. 2.2.3酸性阳极氧化 采用硫酸溶液,用该方法生成的氧化膜为兰紫色. ?-—— 40--—— ? 论文与报告?《自动驾驶仪与红外技术》2008年.N’ol(总第128期) 采用磷酸氢铵钠溶液,用该方法生成的氧化膜为褐色. 采用磷酸,甲醇混合溶液,用此方法,在不同的电流密度,和不同的终电压下,生成了多种颜色 的氧化膜,有灰黄色,紫色,深兰色,黄色,玫瑰红,金黄色,绿色,但始终未出现黑色. 采用重铬酸钠,硫酸钠混合溶液,在此氧化过程中,随着阳极氧化膜的形成和生长,有一个变色 的过程,即由金属本色一浅棕一深棕一褐色一深褐一浅黑一更黑的过程,变色时间为:开始通电的2-5min 形成的膜为浅棕色,经过5min后,膜层的颜色变深,呈深棕色或褐色,8.10min呈深褐色至浅黑色,12.15min 为黑色. 2.2.4阳极氧化工艺参数的优化 通过上述六种方法得到的结果,我们选者酸性体系中重铬酸钠,硫酸钠混合溶液来进行工艺参数的优 化工作. 2.2.4.1各成分含量对成膜的影响 a)在其它条件不变的情况下,不同含量的重铬酸钠对成膜的影响 经试验,我们发现,随着重铬酸钠浓度的由10g/L,每次增加5g/L,浓度一直增加到95g/L,膜层颜色 逐步由浅棕色向黑色发展. b)在其它条件不变的情况下,不同含量的硫酸钠对成膜的影响 经试验,我们发现,随着硫酸钠浓度的由5g/L,每次增加5g/L,浓度一直增加到60g/L,膜层颜色逐 步由浅棕色向黑色发展. 通过以上试验,我们确定工艺成分如下: 重铬酸钠45～60g/L: 硫酸钠35～55g/L: 添加剂O.5ml/L. 2.2.4.2阳极电流密度对成膜的影响 经试验,我们发现,