【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及表面处理，具体而言，涉及一种实现铝合金筒件内壁涂层原位生长的制备方法及夹具。
技术介绍
1、6061铝合金是一种轻量化高强度材料，因其具有优异的延展性与比强度等特点，在汽车、船舶、建筑和工业等行业得到了广泛应用。铝材料因钝化效应将在表面形成一层薄的自然氧化层，而这种氧化层薄且疏松，易被破坏导致基底铝材遭到腐蚀，因此工业上需通过后期表面处理以提升其耐蚀性。尤其是在海洋环境中，含有大量氯离子的海水、雾气等将对铝材表面产生严重腐蚀，影响船舶、建筑结构安全，因此工业上对铝合金材料耐腐蚀性能提出了更高要求。
2、微弧氧化(micro arc oxidation,mao)作为一种发展自阳极氧化的新兴表面处理工艺，因其具有更高的电极电位和反应温度，可直接原位生长出具有高硬度、优异耐腐蚀性能的结晶氧化层，相比于传统阳极氧化工艺体现出更明显的优势。近年来，对金属部件的微弧氧化处理成为优化材料物理性质和延长使用寿命的热门手段。目前，主流的微弧氧化膜层往往较薄，较难形成50um以上厚度的膜层。
3、此外，工程上往往需要依实际所需对工件进行局部氧化，而实现圆筒形工件内腔的膜层均匀生长是微弧氧化处理工艺的难点。圆筒形内腔具有特殊结构，将导致电场均匀性发生突变，在尖端位置将出现明显的尖端放电效应进而导致尖端处膜层过厚。因此如何实现对圆筒形工件内壁特殊结构的均匀高质量氧化是目前亟需解决的问题。
4、有鉴于此，特提出本申请。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的
2、本专利技术通过下述技术方案实现：
3、一种实现铝合金筒件内壁涂层原位生长的制备方法，采用适配于圆筒工件的隔水夹具与电极，将圆筒工件不需要氧化的部分由隔水夹具封装夹持，然后将工件放入电解液中将圆筒工件需要氧化的内腔部分与电解液接触，将阴极棒置于圆筒工件内腔中，进行微弧氧化处理；其中所述电解液包括以下组分：硅酸钠、三聚磷酸钠。
4、本专利技术针对圆筒工件内腔氧化层的生长需求，通过设计特制的隔水夹具对圆筒工件进行夹持，能够将工件不需要氧化的部位进行封装实现电解液与工件的隔离，以避免这些区域遭到氧化，实现了待氧化区域与无需氧化区域的物理隔离。同时，本专利技术通过隔水夹具和内置阴极结构的设计，攻克了电场不均匀导致尖端膜层增厚的难点，实现了圆筒形区域微弧氧化涂层的高均匀度生长。
5、另外，通常微弧氧化处理工艺需要弱碱性的反应环境，因此现有微弧氧化工艺中大多需要加入氢氧化钠、氢氧化钾等强碱性电解质使电解液呈碱性。本专利技术的电解液仅采用溶液硅酸钠与三聚磷酸钠，其水溶液呈碱性，提供了符合微弧氧化反应稳定进行的条件，无需额外加入强碱溶液。因此，本专利技术具有更好的环保性和安全性、以及更低的成本优势。
6、在某一实施方式中，制备方法具体步骤如下：
7、(1)工件清洗：经碱蚀、酸洗等过程去除工件表面自然氧化层与油脂去除圆筒工件表面自然氧化层与油脂；
8、(2)工件夹持：采用隔水夹具将圆筒工件的外表面及端面进行封装密封，使待氧化区域暴露在外，然后将阴极棒插入圆筒工件中心并固定在隔水夹具上；
9、(3)配置电解液：称取一定量的去离子水并加入清洗干净的微弧氧化反应池中，按浓度量取适量硅酸钠与三聚磷酸钠粉末，加入反应池中并搅拌溶液，使其完全溶解，得到微弧氧化反应电解液；其中，所述硅酸钠添加量为10～40g/l；三聚磷酸钠添加量为10～50g/l；
10、(4)以圆筒形工件基体作阳极，固定于圆筒中心线的放电棒作阴极，分别与微弧氧化专用电源连接，并将工件完全浸没入电解池内，启动配套冷水机组与鼓泡机组，准备开始微弧氧化处理；
11、(5)启动微弧氧化专用电源，对工件进行微弧氧化处理；电解池内铝合金工件表面持续出现弧光放电，说明其开始原位生长微弧氧化膜层；反应持续一定时间后关闭电源，中止微弧氧化处理，取出工件并清洗干燥，拆卸隔水夹具得到已完成微弧氧化膜生长的圆筒形工件。
12、本专利技术的微弧氧化方法采用单脉冲恒流模式，处理过程中施加于工件的电压依编制程序从较低值逐步升高到较高值，能够对微弧氧化反应进程进行调控，有效保证了膜层厚度、优化了膜层的特性，可在铝合金圆筒工件内腔壁上制备得到孔隙率低、具有良好耐腐蚀特性的一层大厚度的耐腐蚀微弧氧化涂层。
13、在某一实施方式中，步骤(4)中，在恒流模式下，微弧氧化处理电参数为：电流密度参数为4～20a/dm2，占空比为10％～30％，脉冲频率400～1000hz，反应时间50min～150min。
14、在某一实施方式中，优选的，步骤(4)中，微弧氧化处理电参数为：电流密度8a/dm2，占空比20％，脉冲频率500hz，反应时间70min。
15、在某一实施方式中，优选的，所述电解液中电解质浓度为硅酸钠20g/l，三聚磷酸钠25g/l。
16、本专利技术通过对电解液的配比以及微弧氧化处理的电参数做进一步的改进设计，严格控制微弧氧化处理工艺如电流密度、脉冲占空比、脉冲频率、反应时间等工艺条件，以获得耐腐蚀性能更佳的大厚度微弧氧化膜层，能够实现100μm以上微弧氧化涂层的生长。
17、在某一实施方式中，步骤(4)微弧氧化处理过程中，使用鼓泡机在电解液中进行鼓泡，用于搅动电解液以促进溶液循环、电解质稳定分散，进而提高微弧氧化涂层的均匀性。
18、在某一实施方式中，步骤(4)微弧氧化处理过程中，使用水冷机组对反应池进行降温，通过热交换的降温方式保持电解液处于最佳反应温度，反应过程中电解液温度始终维持在40℃以下。
19、本专利技术还提供一种实现铝合金筒件内壁涂层原位生长的隔水夹具，包括用于套设包覆在圆筒工件外壁的上夹筒与下夹筒，所述上夹筒(1)的顶部开设有用于插入阴极棒的中心通孔，所述下夹筒的底部开设有与圆筒工件内径相匹配的入液孔。
20、在某一实施方式中，上夹筒与下夹筒之间设置有密封圈。
21、在某一实施方式中，所述上夹筒与下夹筒均采用pp材料制得。
22、本专利技术的隔水夹具采用高分子材料pp加工而成，在进行夹具装配时，从圆筒工件的上下两端分别将上夹筒和下夹筒通过轴向密封的方式进行组装，封装后两端头与以及上夹筒和下夹筒之间的中部轴封采用氟橡胶密封圈进行密封，而后从上夹筒顶部的中心通孔将一根阴极棒纵向插入圆筒工件内腔中并固定在上夹筒顶部；装配完成后，工件完全浸没入在电解池内，即可进行微弧氧化处理。
23、本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
24、1、本专利技术实施例提供本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种实现铝合金筒件内壁涂层原位生长的制备方法，其特征在于，采用适配于圆筒工件的隔水夹具与电极，将圆筒工件不需要氧化的部分由隔水夹具封装夹持，然后将工件放入电解液中将圆筒工件需要氧化的内腔部分与电解液接触，将阴极棒置于圆筒工件内腔中，进行微弧氧化处理；其中所述电解液包括以下组分：硅酸钠、三聚磷酸钠。
2.根据权利要求1所述的一种实现铝合金筒件内壁涂层原位生长的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
3.根据权利要求1所述的一种实现铝合金筒件内壁涂层原位生长的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，微弧氧化处理电参数为：电流密度参数为4～20A/dm2，占空比为10％～30％，脉冲频率400～1000Hz，反应时间50min～150min。
4.根据权利要求2所述的一种实现铝合金筒件内壁涂层原位生长的制备方法，其特征在于，所述电解液中电解质浓度为硅酸钠20g/L，三聚磷酸钠25g/L。
5.根据权利要求3所述的一种实现铝合金筒件内壁涂层原位生长的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，微弧氧化处理电参数为：电流密度8A/dm2，占空比20％，
6.根据权利要求1所述的一种实现铝合金筒件内壁涂层原位生长的制备方法，其特征在于，步骤(4)微弧氧化处理过程中，使用鼓泡机在电解液中进行鼓泡。
7.根据权利要求1所述的一种实现铝合金筒件内壁涂层原位生长的制备方法，其特征在于，步骤(4)微弧氧化处理过程中，使用水冷机组对反应池进行降温。
8.一种实现铝合金筒件内壁涂层原位生长的隔水夹具，其特征在于，包括用于套设包覆在圆筒工件外壁的上夹筒(1)与下夹筒(2)，所述上夹筒(1)的顶部开设有用于插入阴极棒(3)的中心通孔(4)，所述下夹筒(2)的底部开设有与圆筒工件内径相匹配的入液孔。
9.根据权利要求8所述实现铝合金筒件内壁涂层原位生长的隔水夹具，其特征在于，上夹筒(1)与下夹筒(2)之间设置有密封圈。
10.根据权利要求9所述实现铝合金筒件内壁涂层原位生长的隔水夹具，其特征在于，所述上夹筒(1)与下夹筒(2)均采用PP材料制得。
...【技术特征摘要】
1.一种实现铝合金筒件内壁涂层原位生长的制备方法，其特征在于，采用适配于圆筒工件的隔水夹具与电极，将圆筒工件不需要氧化的部分由隔水夹具封装夹持，然后将工件放入电解液中将圆筒工件需要氧化的内腔部分与电解液接触，将阴极棒置于圆筒工件内腔中，进行微弧氧化处理；其中所述电解液包括以下组分：硅酸钠、三聚磷酸钠。
2.根据权利要求1所述的一种实现铝合金筒件内壁涂层原位生长的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
3.根据权利要求1所述的一种实现铝合金筒件内壁涂层原位生长的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，微弧氧化处理电参数为：电流密度参数为4～20a/dm2，占空比为10％～30％，脉冲频率400～1000hz，反应时间50min～150min。
4.根据权利要求2所述的一种实现铝合金筒件内壁涂层原位生长的制备方法，其特征在于，所述电解液中电解质浓度为硅酸钠20g/l，三聚磷酸钠25g/l。
5.根据权利要求3所述的一种实现铝合金筒件内壁涂层原位生长的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，微弧氧...
【专利技术属性】
技术研发人员：张珂嘉，金凡亚，但敏，唐国庆，黄佳俊，张虹，杨彪，黄熠，
申请(专利权)人：核工业西南物理研究院，
类型：发明
国别省市：
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