鋁合金微弧氧化工藝的研究

陳 巖，薛宏偉，邸建國

（1.駐123廠軍代室，黑龍江 齊齊哈爾161046；2.駐127廠軍代室，黑龍江 齊齊哈爾161000）

0 前言

某型號炮彈由于火炮身管長、膛壓高，發射過程中高溫、高壓的火藥氣體作用時間長，對彈體尾部鋁合金件沖刷燒蝕嚴重，影響了射擊密集度。

為了解決炮彈發射中彈體尾部鋁合金件出現嚴重沖刷燒蝕的問題，在硬質陽極氧化處理無效的情況下，引進俄羅斯技術，采用具有隔熱、抗燒蝕、耐沖刷的微弧氧化處理，有效地解決了彈體尾部鋁合金件沖刷燒蝕的問題，確保了射擊密集度。

1 工藝流程

2 電解液組成

氫氧化鉀1～3 g/L，偏鋁酸鈉2～4 g/L，硅酸鈉3～5 g/L，硼酸鈉0.5～1.0 g/L。

3 工藝參數的影響

3.1 電解液的影響

電解液是獲得合格微弧氧化膜的技術關鍵。在相同的電壓下，電解液的質量濃度越高，成膜速率越快，電解液溫度上升越慢；反之，成膜速率較慢，電解液溫度上升較快。經大量試驗證明：采用由硅酸鈉、偏鋁酸鈉、氫氧化鉀及硼酸鈉組成的電解液，并將電解液的pH值控制在10～12之間，可以獲得連續、均勻的微弧氧化膜。

3.2 電壓及電流密度的影響

電壓和電流密度的控制對獲得合格微弧氧化膜同樣至關重要。電壓一般大于擊穿電壓幾十伏甚至上百伏。電壓不同，微弧氧化膜的性能、表面狀態和厚度不同。經試驗證明：電壓可在500～600 V范圍內變化，電流密度可在5～20 A/dm2范圍內變化。

3.3 溫度及攪拌的影響

溫度越高，微弧氧化膜的形成速率越快，但其粗糙度也會隨之增大。另外，溫度越高，電解液蒸發也越快。因此，溫度應低于50℃，一般控制在30～50℃之間。雖然微弧氧化過程中工件表面有大量氣體析出，對電解液有一定的攪拌作用，但為了保證溫度和電解液成分的均勻，可采用壓縮空氣對電解液進行攪拌。

3.4 后處理

工件表面形成微弧氧化膜之后要進行封閉處理，堵塞放電通道，達到耐腐蝕的效果。一般用去離子水和有機化合物配制封閉槽液。為加快后續的干燥速率，該工序的溫度宜高一些，一般控制在80℃左右。

4 生產設備的選擇

微弧氧化的能耗大，電解液冷卻困難，生產過程中存在大電流、高電壓下的用電安全問題。因此，在設備選擇上要特別注重以下三個方面。

4.1 電源選擇

選用的微弧氧化電源以智能電源為基礎，應用各種先進的功率自關斷器件，做到無干擾、無噪聲、節能省電。采用這種電源，生成30μm厚的微弧氧化膜實際耗電3 k W·h，而理論值為15 k W·h。同時，該電源的最大特點是能夠根據工件阻值的變化，自動調整電壓和電流，從而精確地控制成膜厚度和能量均勻分布，有效地控制成膜質量，并具有自動控制和故障診斷功能。在批生產中，在任一工件失效的情況下，可保證系統正常運行。

4.2 絕緣保護

由于微弧氧化是在大電流、高電壓下工作，氧化槽需要通700 V/420 A的高壓電。為了保證安全生產，微弧氧化槽采用絕緣材料制作，槽內襯3 mm厚的不銹鋼板作氧化陰極板，通電導線采用直徑為20 mm的塑膠鋼絲線，槽體兩側的導電座均設置PP防護板。同時，為防止陽極工件與陰極不銹鋼板之間接觸短路，在不銹鋼內襯槽里加絕緣防護罩（帶孔便于電解液循環流動）。

4.3 電解液冷卻

由于微弧氧化過程中工件表面具有較高的電壓并通過較大的電流，使產生的熱量大部分集中于微弧氧化膜界面處，工件表面火花瞬時溫度在2000℃以上。為保證微弧氧化在設置的溫度范圍內進行，采用了每小時具有418.59 k J制冷量的制冷交換機組設備。

5 性能檢測

目前鋁合金微弧氧化處理尚無檢驗驗收標準，我們根據產品性能要求和工藝保證能力制定如下檢驗驗收標準，供大家參考。

（1）膜層連續均勻，無起泡、裂紋、局部脫落、電擊傷、松散附著等現象。

（2）膜層的耐蝕性按《人造氣氛腐蝕試驗 鹽霧試驗》（GB/T 10125-1997）規定進行，耐蝕時間不低于96 h，表面不出現總面積大于20%的局部變暗，無裂紋及腐蝕產物。

（3）膜層的厚度用涂層測厚儀測量，厚度不小于30μm。

（4）膜層的耐燒蝕性用氧-乙炔焰法檢測，質量燒蝕率小于0.1%。

（5）膜層的附著強度按《金屬基體上的金屬覆蓋層（電沉積和化學沉積層）附著強度試驗方法》（GB 5270-85）規定進行，膜層與基體結合牢固，不脫落。

（6）膜層的硬度大于3000 MPa。

（7）膜層的絕緣性以膜層擊穿電壓大于500 V為合格。

（8）膜層耐磨性的測定用指定的試驗機進行，質量損失率應符合產品圖樣規定。

6 結語

與硬質陽極氧化膜相比，微弧氧化膜具有很好的綜合性能。微弧氧化膜與基體結合牢固，結構致密，具有耐磨損、耐腐蝕、耐高溫沖刷等顯著特點，在許多領域都有廣闊的應用前景。此外，據俄方專家說，微弧氧化膜與油漆的結合力很強，完全可以代替底漆。