范文一:钛合金阳极氧化
钛合金阳极氧化
钛是地壳中储量较丰富的元素之一,它在地壳中的丰度约为0.64%,在结构金属中仅次于铝、镁和铁居第四位,1791 年英国矿物爱好者W.Gregoy 在黑色磁铁矿中发现了化学元素Ti,在分析这种钛铁矿时把它称为Menachanite;1795 年,德国化学家Klaproth 在分析匈牙利Boinik 出产的一种红金石时,发现一种新的金属,称其为titanium。钛及钛合金在工程上应用较晚,直到1952 年才正式作为结构材料使用,这主要是因为钛和氧、氮、氢和碳等元素有很强的亲和力,并易产生化学作用,致使钛及其合金的生产成本较高的缘故。近年来钛及钛合金因其具有优良的机械性能在现代工业中得到了广泛应用。
钛合金作为工程结构材料,与其它金属相比,钛合金具有密度小,相当于铁 的57%;比强度高,如Ti-6A1-4V 钛合金的比强度为21.7,而LY12 铝合金为16.7;高耐酸性,纯钛在硝酸以及在常温5 %以下的硫酸、盐酸、磷酸中有较好的耐腐蚀性,在海水中几乎不被腐蚀;同时钛合金拥有优良的高、低温力学性能,TC11钛合金能在600 ℃的高温下长期稳定工作,在-200 ℃低温下仍能保持很好的塑性;另外,钛合金还具有无磁、良好的弹性、形状记忆、吸氢、超导、低阻尼、高抗冲击强度、耐压、抗震、与复合材料有良好的相容性等性能。
钛及其合金作为21 世纪最重要的工程金属,以其优异的性能而被广泛用于航空航天、舰船、汽车、医疗、化工等行业。但钛合金不耐磨,与其它金属易产生接触腐蚀等问题限制了其应用范围。因此适当的表面处理以增强钛合金的耐蚀性、耐磨性及装饰性具有重要的现实意义。传统的钛合金表面处理技术有许多不足之处,例如,工艺复杂、成本高、电解液对环境不友好等。
钛合金的特性
(1)钛合会的最主要性能之一是密度小,比强度高。钛的密度为4.5 g/cm 3, 在常用金属中只有铝的密度为2.7 g/cm’比它轻,但铝合金的强度较低,而低碳锏7.86 g/ca。、不锈钢8 0 g/cm、铜8 9 g/cm,都比钛要高。由于钛合金的高比强度,用钛合金代替钢和铝合金降低机体结构重量是相当可观的,同时它是缩小结构体积的优选材料,在相同空间尺寸条件下,使它能够代替那些因空间受限的铝合金及钢构件,这对于提高飞机结构寿命及性能具有重要意义。
(2)钛及其合金另一个突出的性能是其优良的抗蚀性。金属的抗腐蚀性能与金属的固有性质有关,各种金属的热力学稳定性,可以根据它们的标准平衡电位来大致评定,一般来说,标准平衡电位越高(即越正)、标志该金属热力学稳定性越高,金属离子化倾向越小,越不易受到腐蚀;反之同理。虽然钛是一种化学性质比较活泼的余属,其标准平衡电位较低(负),在介质中的热力学腐蚀倾向大,但实际上钛在许多介质中是很稳定的,这是因为它的钝化倾向很强,与氧有很大的亲和力,在空气中或含氧的介质中氧化,钛表面生成一层具有很好的耐腐蚀性能的氧化膜,阻隔了钛及其合金基体进一步氧化腐蚀,这就决定了钛及其合金具有很好的化学腐蚀抗力。同时,由于钛及其合金表面形成了这一层具有良好防护性能并且电阻率较高的表面膜,钛合金的电化学腐蚀抗力实际上也表现为该表面膜的电化学腐蚀抗力,因此,钛及其钛合金具有优异的电化学腐蚀抗力。
(3)钛合金与复合材料有很好的相溶性。出于复合材料具有高比强度、高比刚度、耐疲劳胜能好、工艺性好等优点,随着先进复合材料设计及工艺技术的日趋成熟,和钛合会一样,先进复合材料尤其是碳纤维环氧复合材料(GECM)的应用F1益增长,已用于多种飞机的垂尾、方向舵、机翼等重要结构。由于碳纤维独特的电化学性能,其电极电位较正,与偶接金属材料电连接后,在腐蚀介质中会导致电极电位较负的金属腐蚀速率加快。
我们工艺研究工作的内容及方法有如下几方面:
(1)钛合会阳极化工艺(分为前处理、阳极氧化、后处理三部分) ①对材料试样(片)的前处理效果会直接影响后面阳极氧化工艺的质量,需要研究的是内容是除油、酸洗,通过试验确定:除油液和酸沈液的组成和工艺条件,以及具体操作。②阳极氧化是本研究课题的关键技术,进行工艺实验研究的途径及方法是:选用不同类型的阳极化电解液的配方、阳极化工艺参数(电压、电流、温度、时侧、PH值),制取各种阳极化工艺条件下的氧化膜试样(片),通过对这些氧化膜试样的颜色、外观、对比试验和性能测试,综合考察阳极化工艺参数对成膜的影响,筛选并确定适合所以选定钛合金材料最佳的阳极化工艺电解液配方、工艺条件及具体操作。③后处理的目的是保护阳极氧化膜,防止膜被污染提高膜的耐磨性及防变色能力,拟采用热水封闭方法。.
(2)氧化膜基本性能测试用金相显微镜观察阳极化氧化膜层的表面显微组织及表面形貌,用电子能谱仪进行表面化学状态及表层元素分析。通过对比、分析,评定氧化膜层质量。
(3)接触腐蚀实验接触腐蚀试验既是对本阳极化丁艺研究的目的——防止和减轻钛合金与其它金属接触产生电偶腐蚀的效果的验证;又是对阳极化工艺配方、工艺条件及实验研究的评定。通过阳极化后的钛合金试样(片)与铝合金、不锈钢、磷化或镀锌钢材料接触,在一定的腐蚀介质(盐雾试验)中形成接触偶,观察、测定它们接触腐蚀前后外观变化、腐蚀增重和抗拉强度的变化.进行对比分析、综合评价,以确定最佳配方及工艺参数。
(1)钛合金的阳极氧化概况
阳极氧化是钛及其合金常用的一种表面防护处理方法。钛的阳极氧化是指以 电化学方式使阳极上生成氧,并与阳极钛表面进行反应形成氧化膜的方法。最近研究表明包括铝、镁、钛、钽、钒、铌和锆等在内的许多金属及其合金都能进行阳极氧化处理生成保护膜,但以商业规模利用阳极氧化技术的只有铝、镁、钛及其合金。
(2)钛合金的阳极氧化膜层特征
研究表明,水溶液、有机溶剂和水/有机溶剂这三种体系均可以作为钛阳极氧 化电解液,用非水溶液和熔盐电解时,钛阳极上生成的氧化膜比较薄,电阻值大、 静电电容值高、漏泄电容值高、漏泄电流小,是一种高介电质氧化钛薄膜。而用 水溶液电解时,得到的电化学沉积物容易聚集成较大的颗粒,形成多孔状氧化膜, 且氧化物薄膜较厚,生成干涉性发色氧化膜。这种氧化膜主要起着装饰性和防蚀 保护的作用,是目前在钛合金阳极氧化工艺研究中最常用的电解液配方体系。 研究结果表明钛阳极氧化过程中,电解液的浓度和温度以及电流密度等因素对氧化钛薄膜的生长影响小,而外加电压才是影响氧化钛薄膜生长厚度的最主要的因素。钛阳极氧化形成的TiO2 薄膜的厚度与槽电压成正比,而钛的发色色调则随着氧化钛薄膜厚度的不同而变化,于是得到了阳极氧化的槽电压与钛表面干涉色之间的关系。据此很容易通过调整槽电压来控制钛表面所生成的氧化膜的厚度,进而达到精细控制钛的发色色调,使钛表面按要求显现出黄、绿、青、粉红等各种色彩的目的。
针对目前钛合金表面处理存在的问题,研究并开发出钛合金新型表面处理工艺。研究工作主要包括以下两个方面:
1. 研究并开发了一种钛合金新型抑弧阳极氧化工艺。采用脉动电压阳极氧化技 术,在钛合金表面可形成一层光滑致密,厚约2-10 μm,硬度为350-600 HV 阳极氧化膜。研究了电解液组分、氧化电压等工艺参数对膜层厚度和硬度的影 响。采用扫描电子显微镜(SEM)检测膜层微观形貌,采用电子能谱(EDS)
和X 射线衍射(XRD)分析膜层元素组成和结构组成。研究表明:电解液组 分、氧化电压对氧化过程和氧化膜性能会产生影响。膜层分析表明:膜层主要 还是由Ti 和O 元素组成,同时膜层表面还含有Ni 和P 元素;XRD 图谱除了 有Ti 的衍射峰外还含有TiO2 晶态峰,可见膜层是由晶态和非晶态物质混合组 成的氧化膜层。
2. 研究了一种钛合金表面直接电镀镍的新工艺。通过在瓦特镀镍液中添加金属络合剂和金属阳极活化溶解添加剂,对钛电极先采用阳极脉冲电流活化,再对活 化后的钛电极进行阴极脉冲电流沉积,在钛合金表面获得了结合力优良的镍镀 层。研究了电解液组分、工艺参数对镀层结合力的影响。结果表明,当在硫酸 镍电解液中添加40 g/L 阳极活化添加剂和采用1.4 A/dm2 阳极脉冲电流对钛合金进行电化学处理时,可使钛合金产生活性溶解,将脉冲电流切换为阴极电沉 积后,便可在钛合金表面沉积一层结合力优良的镍镀层。文章讨论了脉冲阴、阳极平均电流密度,占空比,频率,电解液组分浓度等电解参数对镍镀层质量的影响,发现当硫酸镍为80 g/L、氯化镍为40 g/L、柠檬酸三钠为15 g/L、葡萄糖酸钠为12 g/L、硼酸为35 g/L、阳极活化添加剂为40 g/L;温度为60 ℃、pH 值为3.5 左右、频率f 为80 Hz、占空比为20 %、阴极电流密度为1.4 A/dm2 时所获得镍镀层的结合力最佳。
镁合金作为21 世纪“绿色”工程金属,除具有比重小、比强度和比刚度高、 导热导电性能好等特点外,还兼有良好的阻尼减震和电磁屏蔽性能,已成为现代 汽车、电子、通讯等行业的首选材料。钛合金具有化学稳定性好。比强度高、密度低、耐蚀及中温性能稳定等特性.而且具有在温度高达400℃~500℃的环境条件下仍能保持自身的强度等优异性能。所以广泛应用于航天、航空、化工及生物医疗等各个领域,已成为广泛应用化学工业和航空航天工业中的新型结构材料。
(1)钛合金阳极化形成
由于钛合金硬度低,抗磨减摩性能差,高温后易粘连限制了其应用。施行阳极化可克服这些难题,钛合金阳极氧化技术是较传统、成熟的表面处理技术,它采用直流叠加方波脉冲电流进行钛合金的阳极氧化可以得到没有粉化和烧焦的氧化膜所生成的氧化膜致密。
该氧化膜主要用作粘结合和涂漆底层。氧化时,先在5min内将电压升至9—10V.然后保持电压18~22min。零件出槽后(在溶液干燥前)应立即清洗,胶接前不允许进行碱清理、腐蚀、溶剂擦洗或其他表面处理,并在氧化膜干燥后2h内转入控制污染的涂底胶和胶接工艺。并应在72h内涂底胶。随着阳极氧化膜层的增厚。阳极氧化电流下降.因此在阳极氧化过程中为了保持电流密度的恒定。必须借助整流器来提高电压。阳极氧化结束时的电压取决于膜层的厚度,在最大膜层厚度情况下。槽电压超过250V。钛合金零件在阳极氧化过程中是在电压高于打火点电压下进行的,一般溶液的打火点电压是80~90V.在阳极氧化过程中继续提高电压,在零件的表面上会观察到打火现象。
(2)钛合金阳极氧化的工艺流程
装挂-化学除油-流动热水洗-流动冷水洗_阳极氧化-流动冷水洗-拆卸零件-检验_(返修)-入库(或胶接、涂漆等)。
钛合金零件要装夹在钛合金制作的夹具上,化学除油可参考一般的化学除油溶液,阳极氧化电压较高时应注意防触电安全,对于较大的零件应延长冷水清洗的时间以达到冷却的目的。长期使用的氧化溶液,由于钛合金的某些溶液,造成钛离子的聚集,应控制钛含量不大于59,L。氧化膜层要求完全覆盖,没有划痕、破损和烧伤,检查膜层的厚度应达到规定的要求。
(3)钛合金阳极化的退除
经检验不合格的膜层按表l选择其中的1种方法返修。
(4)钛合金阳极化其他方法及条件
在葡萄糖酸钠和磷酸电解液体系中对钛合金TCl0、TA2、TCl、TC3进行阳极化,通过控制电压,可得到不同的颜色。该方法工艺简单,温度范围广,无需安装加热制冷设备。一般的工艺流程:打磨-冷水洗-酒精清洗-冷水洗-丙酮擦洗-冷水洗-浸蚀-水洗-阳极氧化-冷水洗-沸水填充-吹干。
主要工序说明:
(1)浸蚀液配方。
氢氟酸(d=1.13) 4%
硝酸(出1.52) 20%
蒸馏水余量
(2)阳极氧化电解液。
磷酸(d=1.71) 5~100ml/L
C6H1107Na 150一250g/L
双氧水25—35 ml/L
硫酸铈05—2g/l
pH 4—5
温度25—50℃
时间5~15min
交流电氧化,用调压器升压,成膜电压14~97V。
(3)填充。氧化后经蒸馏水80—90℃填充10~20min后吹干.氧化膜不易被污染。即使用脏手触摸污染后,经水洗吹干后亦能恢复原有的鲜艳色彩。
钛及其钛合金被广泛应用并得以快速发展,主要是得益于航空航天技术发展的迫切需要,航空工业的钛需求量现已占世界钛材料总量的近一半。航空用材料主要有铝合金、钢铁材料、复合材料和钛合金.目前,前二者的用量正在逐步的减少,而复合材料、钛合金的使用比例则正在逐渐扩大,据报道,到八十年代,国外军用飞机上的钛用量已占其结构重量的15~40%,并且这种增长趋势还将继续下去,在我国的飞机制造工业上,钛合余的应用也日益增长。
钛合金在先进飞机上获得大量应用,其主要原因之一是钛合会的高比强度,结构材料的强度密度比是一个重要的工程指标,它在工业化年代得到显著的提高,现代先进材料(碳钎维复合材料等)的强度密度比与原始材料(如铸铁)的相比提高了50倍’“,作为一种轻型高强度的金属结构材料,用钛合金代替钢和铝合金而降低飞机重量是相当可观、有效的,同时能够克服受到空间限制部位的要求;其另一主要原因是钛合金具有工作温度范围较宽的优点,从零下--269℃至零上600℃:优良的腐蚀抗力是钛及其合金又一突出的优点,特别是在海水和海洋大气中抗腐蚀性能很高;飞机制造中使用了多种材料,钛合金与其它材料的相容性也比较好,如钛合金与碳纤维有相近的电极电位和热膨胀系数,与复合材料的柏容性较好。这诸多优点使钛及其合金在航空工业上具有广泛的应用,按其用途而言, 飞机上钛合余零部件可大致分为三种类型:非结构零部件(如军机中液压、冷气、操纵等系统零件及导管)、发动机零部件(如发动机压气机盘、时片及机匣等)、飞机结构件(如机身、起落架、机翼承力构件及紧固件等)。
范文二:钛合金阳极氧化
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钛合金阳极氧化
钛合金以质轻、 比强度高、 耐蚀性强而广泛应用于航天、 船舶、 化工和生物医学等领域。钛合金性能优越,储量丰富(元素钛的世界储量约34亿吨),随着开采、N-r_技术的不断进步,钛合金的工业应用不断扩大。钛合金能在 600 ?的高温下长期稳定工作,在-200 ?低温下仍能保持很好的塑性;另外,钛合金还具有无磁、良好的弹性、形状记忆、吸氢、超导、低阻尼、高抗冲击强度、耐压、抗震、与复合材料有良好的相容性等性能。因此,钛合金在航空、化工、石油、电力、舰船、轻纺及医疗等行业上获得日益广泛的应用。
钛及钛合金在工程上应用较晚,直到 1952 年才正式作为结构材料使用,这主要是因为钛和氧、氮、氢和碳等元素有很强的亲和力,并易产生化学作用,致使钛及其合金的生产成本较高的缘故。一个国家使用钛的多少,标志着国家的科技水平,军事实力和经济实力的强弱。我国的钛资源十分丰富,储量居世界首位,钛生产量列世界第四位,这是我国发展钛工业的优势。目前,我国己有 20 个省市自治区探明有钛矿。自从一九八五年有关钛的冶炼、加工和分析检验方面的技术得到基本解决后,我国钛的生产及应用速度大大加快。2005 年全国钛及钛合金锭的生产量达到 16230 吨,同比增加了37.3 ,; 钛加工材实际生产9963.4吨, 同比增加了17.0 ,, 海绵钛生产9510.8吨,同比增加了 97.8 %;钛粉生产 1165 吨,同比增加了 46.0 %。近年来,国内外军用飞机上使用钛合金的比例正在逐渐加大。——————————————————————————————————————
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F-22是举世公认的第四代战斗机的典型代表,它所使用的材料中41,为钛合金。此外,美B(2轰炸机、法幻影2000及俄Cy-27CK战斗机的钛用量也分别达到了26,、23,、25,。钛合金正成为一种非常有发展前景的材料。但是,钛合金也有一些不足之处,如钛合金的导热性差、摩擦系数大、抗磨性较差,切削加工时,容易使工件及刀具温度升高,造成粘刀,因此切削加工性差。钛合金的化学活性很高,在高温下极易受氢、氧、氮的污染。钛合金硬度低,耐磨性差,本身电位较正,与其他材料接触易造成接触腐蚀,同时对氢脆、镉脆等都很敏感。为解决钛合金性能上存在的不足。钛合金表面处理方法主要有化学转化膜处理、阳极氧化、电镀、热扩散、表面沉积、激光表面处理和离子注入等。其中阳极氧化和功能性镀层较为常用。
近二十年来 ,世界各国都加强了对钛合金表面处理技术的研究,采用阳极氧化工艺在钛合金表面制备纳米 TiO2 以提高钛合金的耐磨性、 耐蚀性及生物相容性成为当前领域内研究的热点之一。阳极氧化作为一种利用电解作用在金属表面形成氧化膜的工艺 ,其操作简单 ,易于控制 ,通过调节阳极氧化参数(电压、 电流、电解液浓度等)即可获得不同结构和不同化学性能的阳极氧化膜,从而扩大钛合金的应用领域 ,因此成为提高钛合金性能的一种高效途径。钛合金的阳极氧化膜具有比钛基体更高的硬度、强度、耐蚀性及耐磨性,能防止渗氢,而且可以呈现各种颜色,是理想的保护层和装饰层。要实现钛合合金的化学铣切和阳极氧化,就需要事先对钛零件进行表面清理。热处理过的钛合金零件由于表面生成难以清除的氧化层,给表面清理——————————————————————————————————————
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带来一定困难,清除的效果对后续加工的质量有很大的影响。。
五十年代以“空中金属”著称,六十年代又以“陆用金属”著称,七十年代更以“海洋金属”而崛起。钛基合金是目前应用的工程材料中密度较小的村料之一,最早的应用就是为军事航空工业提供高性能材料,通过减轻重量来节省燃料消耗提高飞机经济性,以及轻量化利于军用飞机的机动性而言,钛材不容置疑地被认定为可靠优良的材料。另外,随着发动机推力不断提高,压气机增压比不断
增大,压气机的许多零部件,如压气机盘、叶片受热和承载程度大大增加,工作条件越来越苛刻,在这种情况下,原有的铝、镁合金已不能继续使用,而改用钢又太重,因此为了减轻重量,提高推重比,选用钛合金是理所当然的。钛是电负性很强的金属,标准电极电位为-1.63 V(vs SHE),对氧有着很强的亲和力,钛在空气中本身会生成一层薄而致密的氧化膜,这层氧化膜具有一定的保护作用,但是这层自然氧化膜对其它任何形式的表面处理都具有重大意义,它将极大地影响钛上覆盖层的结合力,虽然钛及其合金能形成一层致密的氧化膜,但在具体的环境中,其表面如果不经处理,其应用范围受到限制。随着社会经济的发展和各种新技术的不断涌现,以及钛及合金应用领域的不断拓展,其伺服环境条件变得愈来愈苛刻,在防腐蚀、耐磨损、高强度以及在高温高压、高速等情况下表面应具有特殊功能等提出了愈来愈高的要求。如航空航天工业需要耐高热流、高焰流和耐高温对钛合金构件提出了更高的要求;在生物医学领域中,为了增强钛及其钛合金的耐磨性、耐蚀性,以及提高其与周围组织界面的结合力从而降——————————————————————————————————————
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低应力遮挡程度,减小其生物毒性,大大提高植入体材料的质量,必须对钛合金进行表面改性;汽车工业为了减轻自重,节约能源,对钛合金构件的开发十分关注,这就对钛合金材料的耐腐蚀性能、硬度和耐磨性提出了更高要求;同时钛及其合金还存在氢脆、可润滑性差、导电导热性差、对热盐应力腐蚀敏感、可钎焊性差、机械加工性能欠佳、在高温或高载荷下易发生粘接,以及易同其它材料产生接触腐蚀等现象。
1.2.1 钛合金的阳极氧化概况
阳极氧化是钛及其合金常用的一种表面防护处理方法。钛的阳极氧化是指以电化学方式使阳极上生成氧,并与阳极钛表面进行反应形成氧化膜的方法。最近研究表明包括铝、镁、钛、钽、钒、铌和锆等在内的许多金属及其合金都能进行阳极氧化处理生成保护膜,但以商业规模利用阳极氧化技术的只有铝、镁、钛及其合金。 就世界范围来说,对于钛阳极氧化技术的研究,欧美发达国家、日本和中国等国家研究的比较早。七十年代末,加拿大的“钛和钛合金的阳极化”,已列为国家标准并在西方国家中推广应用。日本从 1954 年就开始研究钛的阳极氧化技术。在八十年代初期,美国的 E.J.Kelly[24]就在《电化学的现代研究方向》一书中讲述钛 20 世纪的一些发展方向,其中包括钛的阳极氧化法可以改善钛的某些性能。1.
钛合金的阳极氧化膜层特征
研究结果表明钛阳极氧化过程中,电解液的浓度和温度以及电流密度等因素对氧化钛薄膜的生长影响小,而外加电压才是影响氧化钛——————————————————————————————————————
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薄膜生长厚度的最主要的因素。钛阳极氧化形成的 TiO2 薄膜的厚度与槽电压成正比,而钛的发色色调则随着氧化钛薄膜厚度的不同而变化,于是得到了阳极氧化的槽电压与钛表面干涉色之间的关系。据此很容易通过调整槽电压来控制钛表面所生成的氧化膜的厚
度,进而达到精细控制钛的发色色调,使钛表面按要求显现出黄、绿、青、粉红等各种色彩的目的。通过实验发现,阳极氧化后的氧化膜强度较高、化学稳定性好、有较高的装饰价值,且对细胞无毒副作用,可加强上皮细胞的黏附,能很好的维持种植体的颈缩的上皮封闭。V. E .Henricl 对钛的阳极氧化膜的形成方法及形成过程作了研究。还有学者进行阳极钛表面氧化膜成长机理和氧化膜结构方面的基础研究时发现,在钛阳极氧化过程中,当槽电压增大到 20 V 左右时有气体在电极上产生时,一旦切断电源,即使随后再接通电源,槽电压也不会回复到中断阳极氧化前的 20 V,而是在增高到 10V 左右即恒定不变。在这种情况下,尽管外加电压恒定,但通过控制电解槽的通电量仍然能够控制钛表面的色彩。从实用的观点来看,这种通过控制通电量调节钛表面颜色的方法有一大优点是,它所需要的电源电压比通常借助控制槽电压来控制钛的色彩的要低。
阳极氧化的作用
氧化层清除
钛合金零件表面氧化层的清除是阳极氧化前十分主要的步骤,可根据需要进行。在惰性气体或真空中加热的淡黄色氧化膜可不必清除,紫色、蓝色或灰色系列的氧化膜需要清除,形成氧化皮的零件除需要——————————————————————————————————————
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去除氧化皮外,还要清除一定深度的基体金属,以确保清除脆性a层。
薄氧化膜的清除,钛在含有氢氟酸的溶液中都不耐蚀,因此可以用含有氢氟酸的混和溶液去除薄的氧化膜。
厚氧化膜及氧化皮的清除
钛的厚氧化膜及氧化皮主要由不同氧化程度的钛金属氧化物组成,这些氧化物的化学稳定性超过钛基体本身的稳定性,而且在许多腐蚀性介质中实际上是不溶解的,因此去除这些氧化物比较困难。通常采用吹砂、碱崩进行预处理,然后酸液浸蚀的方法,综合处理清除氧化皮和脆性a层。吹砂(喷砂)是利用压缩空气将砂粒高速喷向零件,借助砂粒流的强大冲击力对零件表面进行处理的一种操作方法。碱崩是将零件浸入高温(450,470 oC)的氢氧化钠和硝酸钠熔融盐中,使零件受热后取出即浸入冷水中,这时钛氧化层便崩裂而脱落。由于大多数钛合金长期工作温度通常不超过400 oC,所以碱崩的时间不宜太长。熔融盐具有氧化能力,可以用反应方程式表示如下:
Ti02+2NaOH(浓)—马Na2Ti03+2H20(3)
碱崩处理对有焊缝间隙或卷边的组合件不适用,有焊缝间隙或卷边的组合件可以借助反应方程式?用碱溶液在较低温度下进行较长时间的浸蚀处理,部分溶解和松动氧化层。
工艺流程为:
阳极氧化前检验一表面清理一装挂一阳极氧化一洗涤一卸挂—干燥一检验—包装。
预处理
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化学除油
溶液成分、 含量及工艺条件:
氢氧化钠 30-50 g /L
磷酸钠 20-30g/L
碳酸钠 20-30g/L
水玻璃 3-10g/L
表面活性剂 1-3g/L+
温度 60-80度
时间 除净为止
酸洗
溶液成分、 含量及工艺条件:
硝酸 200-300g/L
氢氟酸 3-4 g/L
反应原理
Ti+2H20=Ti02+4i-r+4e (2)
钛零件挂在阳极施加电压就可以使反应进一步向右进行。因此膜的厚度取决于终止电压和氧化时间,同时受槽液成分、温度和操作方法的影响。
工艺参数
工艺规范1:
磷酸(H3P04) 100—200 g,L
添加剂 适量
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p 20,30。C
工艺规范2:
磷酸三钠(Na3P04?12H20)81 g,L
磷酸(H3P04) 172 g,L
氢氧化铵(NH40H) 253 g,L
pH 7(0—V 8(0
微弧氧化技术的原理及特点:
微弧氧化或微等离子体表面陶瓷化技术是近十几年才发展起来的新兴表面处理技术,它是在普通阳极氧化的基础上发展起来的,利用弧光放电增强并激活在阳极上发生的反应,通过微弧氧化电源在工件上施加电压,使工件表面的金属与电解质溶液相互作用,在工件表面形成微弧放电,进而形成陶瓷膜。微弧氧化的这种特性,克服了等离子喷涂工艺不能在复杂形状工件表面喷涂或厚度不均匀的缺陷。微弧氧化技术在航天、航空、机械、交通、石油化工、纺织、印刷、电子、轻工、医疗等行业的推广应用已取得初步成果。微弧氧化过程基本可分为三个阶段即阳极沉积阶段、微弧阶段和局部弧光阶段。
微弧阶段和局部弧光阶段在产生火花放电现象以前称之为阳极沉积阶段,此阶段也称之为普通阳极氧化阶段。阳极沉积阶段是由于沉积作用而在阳极表面形成团絮状的沉积氧化膜及氧化膜不断扩展的过程;微弧阶段与局部弧光阶段是在等离子化学、电化学等共同作用下所发生的等离子放电过程,在微弧阶段形成的陶瓷层微孔孔径较小,膜层均匀致密;局部弧光阶段形成的陶瓷层微孔孔径较大,结构——————————————————————————————————————
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较疏松。由微弧氧化陶瓷层的形成与生长机理可知,通过控制不同生长阶段的能量分配,尽量延长膜层的均匀生长阶段,可以获得均匀致密的陶瓷层。在工件
表面形成微弧放电时,每个电弧存在的时间很短,但等离子体放电区瞬间温度很高,W.Krysmann等计算出其温度可达到8 000 K。当微弧放电区域瞬间温度高达2 000,5 000 ?时,可使表面薄膜微区融化导致氧化物的结构发生变化。试验过程中应当严格控制试验参数,防止出现生成的膜层发生溶解或膜层崩裂现象。微弧氧化膜表面分布有大小不等的微孔,这些微孔是氧化过程中等离子放电通道,微孔周围的火山丘状形貌为明显的烧结熔融痕迹,而高温烧结是氧化钛转变为陶瓷相的必要条件。微弧氧化又不同于常规阳极氧化技术,其工作电压由普通的阳极氧化法拉第区引入到高压放电区域,完全超出了传统的阳极氧化范围。在微弧氧化的过程中,化学氧化、电化学氧化、等离子体氧化同时存在,致使陶瓷氧化膜的形成过程非常复杂,至今尚无一个合理的模型全面描述陶瓷膜的形成。微弧氧化技术的突出特点是:(1)大幅度地提高了材料的表面硬度,显微硬度在1 000~2 000HV,最高可达3 000 HV,可与硬质合金相媲美,大大超过热处理后的高碳钢、高合金钢和高速工具钢的硬度;(2)良好的耐磨损性能;(3)良好的耐热性及抗腐蚀性。从根本上克服了铝、镁、钛合金材料在应用中的缺点,有广阔的应用前景;(4)有良好的绝缘性能,绝缘电阻可达100 MΩ;(5)溶液为环保型,符合环保排放要求;(6)工艺稳定可靠,设备简单;(7)反应在常温下进行,操作方便,易于掌——————————————————————————————————————
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握;(8)基体原位生长陶瓷膜,结合牢固,致密均匀。由于微弧阳极氧化陶瓷层硬度高、耐高温、耐电压、与基材结合力强、附着性佳,特别适用于高转速、耐磨耗、耐腐蚀、抗高温冲击的轻金属或轻金属合金零组件。 5结论
阳极氧化工艺稳定、操作简单、成本低廉,获得了广泛的应用。钛合金零件的表面状态对后续加工影响很大,不仅化学铣切和阳极氧化需要严格的表面清理,焊接、电镀甚至零件的力学性能都受表面质量的影响,因此表面氧化层的清除必须给予充分的重视。随着新机型的研制,钛合金应用不断加大,钛合金的化学铣切和阳极氧化技术必将获得更大的发展前景。
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张文挺
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范文三:钛合金阳极氧化
钛合金阳极氧化
钛合金以质轻、 比强度高、 耐蚀性强而广泛应用于航天、 船舶、 化工和生物医学等领域。钛合金性能优越,储量丰富(元素钛的世界储量约34亿吨),随着开采、N-r_技术的不断进步,钛合金的工业应用不断扩大。钛合金能在 600 ℃的高温下长期稳定工作,在-200 ℃低温下仍能保持很好的塑性;另外,钛合金还具有无磁、良好的弹性、形状记忆、吸氢、超导、低阻尼、高抗冲击强度、耐压、抗震、与复合材料有良好的相容性等性能。因此,钛合金在航空、化工、石油、电力、舰船、轻纺及医疗等行业上获得日益广泛的应用。
钛及钛合金在工程上应用较晚,直到 1952 年才正式作为结构材料使用,这主要是因为钛和氧、氮、氢和碳等元素有很强的亲和力,并易产生化学作用,致使钛及其合金的生产成本较高的缘故。一个国家使用钛的多少,标志着国家的科技水平,军事实力和经济实力的强弱。我国的钛资源十分丰富,储量居世界首位,钛生产量列世界第四位,这是我国发展钛工业的优势。目前,我国己有 20 个省市自治区探明有钛矿。自从一九八五年有关钛的冶炼、加工和分析检验方面的技术得到基本解决后,我国钛的生产及应用速度大大加快。2005 年全国钛及钛合金锭的生产量达到 16230 吨,同比增加了37.3 %; 钛加工材实际生产9963.4吨, 同比增加了17.0 %, 海绵钛生产9510.8吨,同比增加了 97.8 %;钛粉生产 1165 吨,同比增加了 46.0 %。近年来,国内外军用飞机上使用钛合金的比例正在逐渐加大。F-22是举世公认的第四代战斗机的典型代表,它所使用的材料中41%为钛合金。此外,美B.2轰炸机、法幻影2000及俄Cy-27CK战斗机的钛用量也分别达到了26%、23%、25%。钛合金正成为一种非常有发展前景的材料。但是,钛合金也有一些不足之处,如钛合金的导热性差、摩擦系数大、抗磨性较差,切削加工时,容易使工件及刀具温度升高,造成粘刀,因此切削加工性差。钛合金的化学活性很高,在高温下极易受氢、氧、氮的污染。钛合金硬度低,耐磨性差,本身电位较正,与其他材料接触易造成接触腐蚀,同时对氢脆、镉脆等都很敏感。为解决钛合金性能上存在的不足。钛合金表面处理方法主要有化学转化膜处理、阳极氧化、电镀、热扩散、表面沉积、激光表面处理和离子注入等。其中阳极氧化和功能性镀层较为常用。
近二十年来 ,世界各国都加强了对钛合金表面处理技术的研究,采用阳极氧化工艺在钛合金表面制备纳米 TiO2 以提高钛合金的耐磨性、 耐蚀性及生物相容性成为当前领域内研究的热点之一。阳极氧化作为一种利用电解作用在金属表面形成氧化膜的工艺 ,其操作简单 ,易于控制 ,通过调节阳极氧化参数(电压、 电流、电解液浓度等)即可获得不同结构和不同化学性能的阳极氧化膜,从而扩大钛合金的应用领域 ,因此成为提高钛合金性能的一种高效途径。钛合金的阳极氧化膜具有比钛基体更高的硬度、强度、耐蚀性及耐磨性,能防止渗氢,而且可以呈现各种颜色,是理想的保护层和装饰层。要实现钛合合金的化学铣切和阳极氧化,就需要事先对钛零件进行表面清理。热处理过的钛合金零件由于表面生成难以清除的氧化层,给表面清理带来一定困难,清除的效果对后续加工的质量有很大的影响。。
五十年代以“空中金属”著称,六十年代又以“陆用金属”著称,七十年代更以“海洋金属”而崛起。钛基合金是目前应用的工程材料中密度较小的村料之一,最早的应用就是为军事航空工业提供高性能材料,通过减轻重量来节省燃料消耗提高飞机经济性,以及轻量化利于军用飞机的机动性而言,钛材不容置疑地被认定为可靠优良的材料。另外,随着发动机推力不断提高,压气机增压比不断
增大,压气机的许多零部件,如压气机盘、叶片受热和承载程度大大增加,工作条件越来越苛刻,在这种情况下,原有的铝、镁合金已不能继续使用,而改用钢又太重,因此为了减轻重量,提高推重比,选用钛合金是理所当然的。钛是电负性很强的金属,标准电极电位为-1.63 V(vs SHE),对氧有着很强的亲和力,钛在空气中本身会生成一层薄而致密的氧化膜,这层氧化膜具有一定的保护作用,但是这层自然氧化膜对其它任何形式的表面处理都具有重大意义,它将极大地影响钛上覆盖层的结合力,虽然钛及其合金能形成一层致密的氧化膜,但在具体的环境中,其表面如果不经处理,其应用范围受到限制。随着社会经济的发展和各种新技术的不断涌现,以及钛及合金应用领域的不断拓展,其伺服环境条件变得愈来愈苛刻,在防腐蚀、耐磨损、高强度以及在高温高压、高速等情况下表面应具有特殊功能等提出了愈来愈高的要求。如航空航天工业需要耐高热流、高焰流和耐高温对钛合金构件提出了更高的要求;在生物医学领域中,为了增强钛及其钛合金的耐磨性、耐蚀性,以及提高其与周围组织界面的结合力从而降低应力遮挡程度,减小其生物毒性,大大提高植入体材料的质量,必须对钛合金进行表面改性;汽车工业为了减轻自重,节约能源,对钛合金构件的开发十分关注,这就对钛合金材料的耐腐蚀性能、硬度和耐磨性提出了更高要求;同时钛及其合金还存在氢脆、可润滑性差、导电导热性差、对热盐应力腐蚀敏感、可钎焊性差、机械加工性能欠佳、在高温或高载荷下易发生粘接,以及易同其它材料产生接触腐蚀等现象。
1.2.1 钛合金的阳极氧化概况
阳极氧化是钛及其合金常用的一种表面防护处理方法。钛的阳极氧化是指以电化学方式使阳极上生成氧,并与阳极钛表面进行反应形成氧化膜的方法。最近研究表明包括铝、镁、钛、钽、钒、铌和锆等在内的许多金属及其合金都能进行阳极氧化处理生成保护膜,但以商业规模利用阳极氧化技术的只有铝、镁、钛及其合金。 就世界范围来说,对于钛阳极氧化技术的研究,欧美发达国家、日本和中国等国家研究的比较早。七十年代末,加拿大的“钛和钛合金的阳极化”,已列为国家标准并在西方国家中推广应用。日本从 1954 年就开始研究钛的阳极氧化技术。在八十年代初期,美国的 E.J.Kelly[24]就在《电化学的现代研究方向》一书中讲述钛 20 世纪的一些发展方向,其中包括钛的阳极氧化法可以改善钛的某些性能。1.
钛合金的阳极氧化膜层特征
研究表明,水溶液、有机溶剂和水/有机溶剂这三种体系均可以作为钛阳极氧化电解液,用非水溶液和熔盐电解时,钛阳极上生成的氧化膜比较薄,电阻值大、静电电容值高、漏泄电容值高、漏泄电流小,是一种高介电质氧化钛薄膜。而用水溶液电解时,得到的电化学沉积物容易聚集成较大的颗粒,形成多孔状氧化膜,且氧化物薄膜较厚,生成干涉性发色氧化膜。这种氧化膜主要起着装饰性和防蚀保护的作用,是目前在钛合金阳极氧化工艺研究中最常用的电解液配方体系。
研究结果表明钛阳极氧化过程中,电解液的浓度和温度以及电流密度等因素对氧化钛薄膜的生长影响小,而外加电压才是影响氧化钛薄膜生长厚度的最主要的因素。钛阳极氧化形成的 TiO2 薄膜的厚度与槽电压成正比,而钛的发色色调则随着氧化钛薄膜厚度的不同而变化,于是得到了阳极氧化的槽电压与钛表面干涉色之间的关系。据此很容易通过调整槽电压来控制钛表面所生成的氧化膜的厚
度,进而达到精细控制钛的发色色调,使钛表面按要求显现出黄、绿、青、粉红等各种色彩的目的。通过实验发现,阳极氧化后的氧化膜强度较高、化学稳定性好、有较高的装饰价值,且对细胞无毒副作用,可加强上皮细胞的黏附,能很好的维持种植体的颈缩的上皮封闭。V. E .Henricl 对钛的阳极氧化膜的形成方法及形成过程作了研究。还有学者进行阳极钛表面氧化膜成长机理和氧化膜结构方面的基础研究时发现,在钛阳极氧化过程中,当槽电压增大到 20 V 左右时有气体在电极上产生时,一旦切断电源,即使随后再接通电源,槽电压也不会回复到中断阳极氧化前的 20 V,而是在增高到 10V 左右即恒定不变。在这种情况下,尽管外加电压恒定,但通过控制电解槽的通电量仍然能够控制钛表面的色彩。从实用的观点来看,这种通过控制通电量调节钛表面颜色的方法有一大优点是,它所需要的电源电压比通常借助控制槽电压来控制钛的色彩的要低。
阳极氧化的作用
钛合金阳极氧化膜的用途主要有:膜层粘附性好,可以提高油漆及其它涂层的结合力;用于转动配合中耐磨、耐擦伤的表面;用于螺纹紧固件防粘滞;膜厚在0.2~4.0 tun之间时,用于在腐蚀气氛中防止渗氢,增加其耐蚀性;可以呈现各种颜色,是较理想的装饰层和保护层。
氧化层清除
钛合金零件表面氧化层的清除是阳极氧化前十分主要的步骤,可根据需要进行。在惰性气体或真空中加热的淡黄色氧化膜可不必清除,紫色、蓝色或灰色系列的氧化膜需要清除,形成氧化皮的零件除需要去除氧化皮外,还要清除一定深度的基体金属,以确保清除脆性a层。
薄氧化膜的清除,钛在含有氢氟酸的溶液中都不耐蚀,因此可以用含有氢氟酸的混和溶液去除薄的氧化膜。
厚氧化膜及氧化皮的清除
钛的厚氧化膜及氧化皮主要由不同氧化程度的钛金属氧化物组成,这些氧化物的化学稳定性超过钛基体本身的稳定性,而且在许多腐蚀性介质中实际上是不溶解的,因此去除这些氧化物比较困难。通常采用吹砂、碱崩进行预处理,然后酸液浸蚀的方法,综合处理清除氧化皮和脆性a层。吹砂(喷砂)是利用压缩空气将砂粒高速喷向零件,借助砂粒流的强大冲击力对零件表面进行处理的一种操作方法。碱崩是将零件浸入高温(450~470 oC)的氢氧化钠和硝酸钠熔融盐中,使零件受热后取出即浸入冷水中,这时钛氧化层便崩裂而脱落。由于大多数钛合金长期工作温度通常不超过400 oC,所以碱崩的时间不宜太长。熔融盐具有氧化能力,可以用反应方程式表示如下:
Ti02+2NaOH(浓)—马Na2Ti03+2H20(3)
碱崩处理对有焊缝间隙或卷边的组合件不适用,有焊缝间隙或卷边的组合件可以借助反应方程式③用碱溶液在较低温度下进行较长时间的浸蚀处理,部分溶解和松动氧化层。
工艺流程为:
阳极氧化前检验一表面清理一装挂一阳极氧化一洗涤一卸挂—干燥一检验—包装。
预处理
化学除油
溶液成分、 含量及工艺条件:
氢氧化钠 30-50 g /L
磷酸钠 20-30g/L
碳酸钠 20-30g/L
水玻璃 3-10g/L
表面活性剂 1-3g/L+
温度 60-80度
时间 除净为止
酸洗
溶液成分、 含量及工艺条件:
硝酸 200-300g/L
氢氟酸 3-4 g/L
反应原理
钛合金阳极氧化槽液通常使用含磷酸的酸性溶液或碱性溶液。氧化膜的生成反应为:
Ti+2H20=Ti02+4i-r+4e (2)
钛零件挂在阳极施加电压就可以使反应进一步向右进行。因此膜的厚度取决于终止电压和氧化时间,同时受槽液成分、温度和操作方法的影响。
工艺参数
工艺规范1:
磷酸(H3P04) 100—200 g/L
添加剂 适量
p 20~30。C
工艺规范2:
磷酸三钠(Na3P04·12H20)81 g/L
磷酸(H3P04) 172 g/L
氢氧化铵(NH40H) 253 g/L
pH 7.0—V 8.0
微弧氧化技术的原理及特点:
微弧氧化或微等离子体表面陶瓷化技术是近十几年才发展起来的新兴表面处理技术,它是在普通阳极氧化的基础上发展起来的,利用弧光放电增强并激活在阳极上发生的反应,通过微弧氧化电源在工件上施加电压,使工件表面的金属与电解质溶液相互作用,在工件表面形成微弧放电,进而形成陶瓷膜。微弧氧化的这种特性,克服了等离子喷涂工艺不能在复杂形状工件表面喷涂或厚度不均匀的缺陷。微弧氧化技术在航天、航空、机械、交通、石油化工、纺织、印刷、电子、轻工、医疗等行业的推广应用已取得初步成果。微弧氧化过程基本可分为三个阶段即阳极沉积阶段、微弧阶段和局部弧光阶段。
微弧阶段和局部弧光阶段在产生火花放电现象以前称之为阳极沉积阶段,此阶段也称之为普通阳极氧化阶段。阳极沉积阶段是由于沉积作用而在阳极表面形成团絮状的沉积氧化膜及氧化膜不断扩展的过程;微弧阶段与局部弧光阶段是在等离子化学、电化学等共同作用下所发生的等离子放电过程,在微弧阶段形成的陶瓷层微孔孔径较小,膜层均匀致密;局部弧光阶段形成的陶瓷层微孔孔径较大,结构较疏松。由微弧氧化陶瓷层的形成与生长机理可知,通过控制不同生长阶段的能量分配,尽量延长膜层的均匀生长阶段,可以获得均匀致密的陶瓷层。在工件
表面形成微弧放电时,每个电弧存在的时间很短,但等离子体放电区瞬间温度很高,W.Krysmann等计算出其温度可达到8 000 K。当微弧放电区域瞬间温度高达2 000~5 000 ℃时,可使表面薄膜微区融化导致氧化物的结构发生变化。试验过程中应当严格控制试验参数,防止出现生成的膜层发生溶解或膜层崩裂现象。微弧氧化膜表面分布有大小不等的微孔,这些微孔是氧化过程中等离子放电通道,微孔周围的火山丘状形貌为明显的烧结熔融痕迹,而高温烧结是氧化钛转变为陶瓷相的必要条件。微弧氧化又不同于常规阳极氧化技术,其工作电压由普通的阳极氧化法拉第区引入到高压放电区域,完全超出了传统的阳极氧化范围。在微弧氧化的过程中,化学氧化、电化学氧化、等离子体氧化同时存在,致使陶瓷氧化膜的形成过程非常复杂,至今尚无一个合理的模型全面描述陶瓷膜的形成。微弧氧化技术的突出特点是:(1)大幅度地提高了材料的表面硬度,显微硬度在1 000~2 000HV,最高可达3 000 HV,可与硬质合金相媲美,大大超过热处理后的高碳钢、高合金钢和高速工具钢的硬度;(2)良好的耐磨损性能;(3)良好的耐热性及抗腐蚀性。从根本上克服了铝、镁、钛合金材料在应用中的缺点,有广阔的应用前景;(4)有良好的绝缘性能,绝缘电阻可达100 MΩ;(5)溶液为环保型,符合环保排放要求;(6)工艺稳定可靠,设备简单;(7)反应在常温下进行,操作方便,易于掌握;(8)基体原位生长陶瓷膜,结合牢固,致密均匀。由于微弧阳极氧化陶瓷层硬度高、耐高温、耐电压、与基材结合力强、附着性佳,特别适用于高转速、耐磨耗、耐腐蚀、抗高温冲击的轻金属或轻金属合金零组件。 5结论
阳极氧化工艺稳定、操作简单、成本低廉,获得了广泛的应用。钛合金零件的表面状态对后续加工影响很大,不仅化学铣切和阳极氧化需要严格的表面清理,焊接、电镀甚至零件的力学性能都受表面质量的影响,因此表面氧化层的清除必须给予充分的重视。随着新机型的研制,钛合金应用不断加大,钛合金的化学铣切和阳极氧化技术必将获得更大的发展前景。
钛合金阳极氧化
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张文挺
范文四:钛合金脉冲阳极氧化
2003年7月
电镀与环保
第23卷第4期(总第132期)
‘37
钛合金脉冲阳极氧化
葛黔峰
(中国航空工业标准件制造公司,贵阳551)014)
中田分类号:T(.174
文献标识码:H
文章编号:1000,4742(2003)04003701
1前言
一酸腐蚀一流动冷水洗一阳极氧化一一流动冷水洗一封闭一干燥一交检
钛合金脉冲阳极氧化膜具有致密、硬度高、绝缘性好、无粉化等特点,可提高钛合金零件的耐磨性3工艺规范
能,防止与铝合金、镁合金零件和镀镉、镀锌件及其3
l前处理
它电性较负的金属产生接触腐蚀,其氧化膜能提高零件阳极化前除油干净,并彻底去除因热处理而生成的氧化膜,以保证零件装挂后导电良好。由机涂层或于膜润滑荆的粘接底层。脉冲阳极化对钛于终止电压可达200多伏,故要求零件、夹具具有良台金件的力学性能无不良影响,不降低零件的强度、
好的导电性,避免因接触不良而烧伤零件或损坏电
塑性和疲劳极限。
源。
阳极氧化膜的色泽是由光的干涉形成的,通过夹具材料选用钛丝,绕制成弹簧,确保夹紧力。调整工艺参数改变膜层厚度,可获得各种颜色膜层。工作时,操作者要遵守安全操作制度,要断电后方可下槽、出槽,不准带电作业。
酸洗时间不应超过规定时间,防止氢含量超标,
装挂一除油~一+流动热水洗一流动玲水洗
裹1
电压与颜色的变化规律
超过允许含量,应退除氧化膜,190~200"C除氢4~
整流器提高电压,零件出槽时的槽电压便决定r氧h,酸腐蚀,再进行阳极氧化。化膜的厚度,最高厚度可达8~10um。氧化膜成膜速度与电流密度成正比,阳极氧化时间由电流密度
阳极氧化液成分及工艺条件:
及材料牌号决定。
H2SOd/hL。L200~210钛合金阳极氧化过程中,当电压高于电解液的H3P04/mL‘L…
10~20打火点电压80~90V时,可在零件的外表面上看到D。/A?dm
2
2~10
打火现象。
T庀0~10
我公司钛台金零件阳极氧化膜的厚度一般为3£/rain
20~70
p.m以下。根据用户的厚度或氧化膜色泽要求,选脉冲持续时间/s0
2~1
择适当的电流密度、氧化时间、终止电压。表1为电脉冲频率,q-lz
1压与颜色的变化规律,因材料不同,稍有差异。
终止电压Ⅳ
<220
为了获得优良的氧化膜层,需对氧化液定期分阴极
纯铅板
析,调整好溶液成分和比例关系,同时氧化液中
Sm:Sm
l:2~10
T-4+的含量不能大于5g/L。
搅拌压缩空气
在氧化过程中,需对槽液用洁净的压缩空气进4结论
我们对该工艺各主要工艺参数,进行了正交试验,并确定丁最佳工艺参数,通过大批量的生产验证,加工产品20多万件.其产品质量合格,工艺稳
万
方数据零件表面硬度,提高与表面涂层的结合力,可用于有2工艺流程
6
3.2阳极氯化
行搅拌,保证夹具及工件具有良好的导电能力。氧化时随着氧化膜厚度的增加,电阻增大,电流下降,为了保持阳极氧化在恒定电流密度下进行,必须靠
Electroplating&PollutionControl
定,该脉冲阳极氧化工艺可获得较宽的氧化膜厚度,氧化膜具有优良的物理和化学性能,适合于各种
钛合金材料阳极氧化,具有良好的装饰性能,
收稿日期:2f103
020
锌钙系中温磷化工艺
文斯雄(贵阳市1028信箱,贵阳550205)
中圈分类号:T(.178
文献标识码:B
文童编号:10094742(2003)040038,0
1前言
磷化处理是金属制件在酸性磷酸盐溶液中生成磷酸盐化学转化膜的过程。磷化膜可作为涂装的底层,提高涂层与基体的结合力和抗蚀性;可在制件冷加j.过程中起润滑和减摩作用;也可作为某些特定条件下某些材料的绝缘层;还较多地作为钢铁件的抗蚀防护层。
锌钙系磷化处理一般在50~70℃中温条件下进行.其磷化膜结晶细致,膜层与基体金属结合力较好,外观呈灰黑色,抗蚀防锈性能良好,特别是磷化膜耐热性能较其他系列磷化膜更为优良。
2锌钙系磷化液配方及工艺参数
磷酸二氢锌/g?L1~硝酸锌/g?L1~
硝酸钙血?L1
亚硝酸钠/g?L。1
∞如巧扣∞如茚o硝酸镍倌?L。q
多聚磷酸钠血?L。总酸度/点n∞~加弘卜~游离酸度/点
T/℃
铲~拍o
~
o加咱:2加
磷酸二氢锌也可用氧化锌和磷酸定量反应获
得。
3锌钙系磷化液的配制和维护
3
l
锌钙系磷化液的配制
在磷化槽内注Aj/2容积的水,在充分搅拌下
分别加入计算量的zn(N03)2、Ca(N03)2和Zn(H,P04)2。然后用水分别溶解多聚磷酸钠和Ni(No+)2、NaN02,加入至磷化液中.补充水至规定液面,测定溶液总酸度和游离酸度。并以稀H,P04
万
方数据或Na2CO,溶液调整至工艺范围。如果选用ZnO和H3P04配制Zn(H2P04)2,应先将计算量的H3Pq溶于一定容积的水中,将ZnO调成糊状,缓缓加入H,P04溶液中,使之充分反应,生成zn(H:PO。)2待用。将配制好的磷化液加温到工艺范围,即可进行磷化。
(1)定期测定磷化液的总酸度和游离酸度。(2)防止s(焉、CI一等的带人。(3)强化磷化前的除油脱脂r序。
(4)保持一定量的Fe”,适量的Ft-:+有助于提高磷化膜的厚度和抗蚀性,有利于加速磷化和细化g/L,含量高时,可按每加
入1mL/l,H202降低Ig/LFe”去除之。
(5)控制磷化渣的产生,及时清除磷化沉渣。锌钙系磷化常见故障有磷化膜发花泛黄、膜层(1)必须强化磷化前的除油工序。工件表面残留的油污和附着异物都会影响成膜,产生膜层发花面活性剂,如OP.10、十二烷基磺酸钠等浓度.
(2)必须彻底清除工件表面锈迹、氧化膜。不(3)磷化液温度、酸度及酸比等必须严格控制
3、2维护与管理
结晶。一般Fe2+<8~104常见故障和排除
不完整以及磷化膜易生锈、抗蚀性差等。
漏自、膜薄或膜层不完整等疵病。应采用弱碱性中低温除油剂,减少除油液中NaOH的浓度,增加表
要忽略中和处理工序。严禁将SO;一、cl一等带入磷化液,尤其是盲孔或形状复杂的工件.必须清洗洁净。酸洗除锈液要控制浓度不宜过商,可采用由无机酸、有机酸、表面活性剂及缓蚀剂复配的去锈防锈剂,效果更好。表面有硬化层的冷轧、冷挤压成型工件,可以选用喷砂或喷丸或酸腐蚀去除,以保证磷化质量。对经酸洗除锈后不能及时进行磷化的工件,可浸入3%NaN02溶液中存放。
钛合金脉冲阳极氧化
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:
葛黔峰
中国航空工业标准件制造公司,贵阳,550014电镀与环保
ELECTROPLATING & POLLUTION CONTROL2003,23(4)9次
引证文献(9条)
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范文五:钛合金阳极氧化技术
阳极氧化的作用
钛合金阳极氧化膜的用途主要有:膜层粘附性好,可以提高油漆及其它涂层的结合力;用于转动配合中耐磨、耐擦伤的表面;用于螺纹紧固件防粘滞;膜厚在0.2~4.0 tun之间时,用于在腐蚀气氛中防止渗氢,增加其耐蚀性;可以呈现各种颜色,是较理想的装饰层和保护层。
工艺流程为:
阳极氧化前检验一表面清理一装挂一阳极氧化一洗涤一卸挂—干燥一检验—包装。
预处理
化学除油
溶液成分、 含量及工艺条件:
氢氧化钠 30-50 g /L
磷酸钠 20-30g/L
碳酸钠 20-30g/L
水玻璃 3-10g/L
表面活性剂 1-3g/L+
温度 60-80度
时间 除净为止
酸洗
溶液成分、 含量及工艺条件:
硝酸 200-300g/L
氢氟酸 3-4 g/L
反应原理
钛合金阳极氧化槽液通常使用含磷酸的酸性溶液或碱性溶液。氧化膜的生成反应为:Ti+2H20=Ti02+4i-r+4e (2)
钛零件挂在阳极施加电压就可以使反应进一步向右进行。因此膜的厚度取决于终止电压和氧化时间,同时受槽液成分、温度和操作方法的影响。
工艺参数
工艺规范1:
磷酸(H3P04) 100—200 g/L
添加剂 适量
p 20~30。C
工艺规范2:
磷酸三钠(Na3P04·12H20)81 g/L
磷酸(H3P04) 172 g/L
氢氧化铵(NH40H) 253 g/L
pH 7.0—V 8.0
氧化技术的突出特点是:
(1)大幅度地提高了材料的表面硬度,显微硬度在1 000~2 000HV,最高可达3 000 HV,可与硬质合金相媲美,大大超过热处理后的高碳钢、高合金钢和高速工具钢的硬度;(2)良好的耐磨损性能;(3)良好的耐热性及抗腐蚀性。从根本上克服了铝、镁、钛合金材料在应用中的缺点,有广阔的应用前景;(4)有良好的绝缘性能,绝缘电阻可达100 MΩ;(5)溶液为环保型,符合环保排放要求;(6)工艺稳定可靠,设备简单;(7)反应在常温下进行,操作方便,易于掌握;(8)基体原位生长陶瓷膜,结合牢固,致密均匀。由于微弧阳极氧化陶瓷层硬度高、耐高温、耐电压、与基材结合力强、附着性佳,特别适用于高转速、耐磨耗、耐腐蚀、抗高温冲击的轻金属或轻金属合金零组件。
阳极氧化的未来前景:
阳极氧化工艺稳定、操作简单、成本低廉,获得了广泛的应用。钛合金零件的表面状态对后续加工影响很大,不仅化学铣切和阳极氧化需要严格的表面清理,焊接、电镀甚至零件的力学性能都受表面质量的影响,因此表面氧化层的清除必须给予充分的重视。随着新机型的研制,钛合金应用不断加大,钛合金的化学铣切和阳极氧化技术必将获得更大的发展前景。