铝合金微弧氧化工艺的研究

陈 岩，薛宏伟，邸建国

（1.驻123厂军代室，黑龙江 齐齐哈尔161046；2.驻127厂军代室，黑龙江 齐齐哈尔161000）

0 前言

某型号炮弹由于火炮身管长、膛压高，发射过程中高温、高压的火药气体作用时间长，对弹体尾部铝合金件冲刷烧蚀严重，影响了射击密集度。

为了解决炮弹发射中弹体尾部铝合金件出现严重冲刷烧蚀的问题，在硬质阳极氧化处理无效的情况下，引进俄罗斯技术，采用具有隔热、抗烧蚀、耐冲刷的微弧氧化处理，有效地解决了弹体尾部铝合金件冲刷烧蚀的问题，确保了射击密集度。

1 工艺流程

2 电解液组成

氢氧化钾1～3 g/L，偏铝酸钠2～4 g/L，硅酸钠3～5 g/L，硼酸钠0.5～1.0 g/L。

3 工艺参数的影响

3.1 电解液的影响

电解液是获得合格微弧氧化膜的技术关键。在相同的电压下，电解液的质量浓度越高，成膜速率越快，电解液温度上升越慢；反之，成膜速率较慢，电解液温度上升较快。经大量试验证明：采用由硅酸钠、偏铝酸钠、氢氧化钾及硼酸钠组成的电解液，并将电解液的pH值控制在10～12之间，可以获得连续、均匀的微弧氧化膜。

3.2 电压及电流密度的影响

电压和电流密度的控制对获得合格微弧氧化膜同样至关重要。电压一般大于击穿电压几十伏甚至上百伏。电压不同，微弧氧化膜的性能、表面状态和厚度不同。经试验证明：电压可在500～600 V范围内变化，电流密度可在5～20 A/dm2范围内变化。

3.3 温度及搅拌的影响

温度越高，微弧氧化膜的形成速率越快，但其粗糙度也会随之增大。另外，温度越高，电解液蒸发也越快。因此，温度应低于50℃，一般控制在30～50℃之间。虽然微弧氧化过程中工件表面有大量气体析出，对电解液有一定的搅拌作用，但为了保证温度和电解液成分的均匀，可采用压缩空气对电解液进行搅拌。

3.4 后处理

工件表面形成微弧氧化膜之后要进行封闭处理，堵塞放电通道，达到耐腐蚀的效果。一般用去离子水和有机化合物配制封闭槽液。为加快后续的干燥速率，该工序的温度宜高一些，一般控制在80℃左右。

4 生产设备的选择

微弧氧化的能耗大，电解液冷却困难，生产过程中存在大电流、高电压下的用电安全问题。因此，在设备选择上要特别注重以下三个方面。

4.1 电源选择

选用的微弧氧化电源以智能电源为基础，应用各种先进的功率自关断器件，做到无干扰、无噪声、节能省电。采用这种电源，生成30μm厚的微弧氧化膜实际耗电3 k W·h，而理论值为15 k W·h。同时，该电源的最大特点是能够根据工件阻值的变化，自动调整电压和电流，从而精确地控制成膜厚度和能量均匀分布，有效地控制成膜质量，并具有自动控制和故障诊断功能。在批生产中，在任一工件失效的情况下，可保证系统正常运行。

4.2 绝缘保护

由于微弧氧化是在大电流、高电压下工作，氧化槽需要通700 V/420 A的高压电。为了保证安全生产，微弧氧化槽采用绝缘材料制作，槽内衬3 mm厚的不锈钢板作氧化阴极板，通电导线采用直径为20 mm的塑胶钢丝线，槽体两侧的导电座均设置PP防护板。同时，为防止阳极工件与阴极不锈钢板之间接触短路，在不锈钢内衬槽里加绝缘防护罩（带孔便于电解液循环流动）。

4.3 电解液冷却

由于微弧氧化过程中工件表面具有较高的电压并通过较大的电流，使产生的热量大部分集中于微弧氧化膜界面处，工件表面火花瞬时温度在2000℃以上。为保证微弧氧化在设置的温度范围内进行，采用了每小时具有418.59 k J制冷量的制冷交换机组设备。

5 性能检测

目前铝合金微弧氧化处理尚无检验验收标准，我们根据产品性能要求和工艺保证能力制定如下检验验收标准，供大家参考。

（1）膜层连续均匀，无起泡、裂纹、局部脱落、电击伤、松散附着等现象。

（2）膜层的耐蚀性按《人造气氛腐蚀试验 盐雾试验》（GB/T 10125-1997）规定进行，耐蚀时间不低于96 h，表面不出现总面积大于20%的局部变暗，无裂纹及腐蚀产物。

（3）膜层的厚度用涂层测厚仪测量，厚度不小于30μm。

（4）膜层的耐烧蚀性用氧-乙炔焰法检测，质量烧蚀率小于0.1%。

（5）膜层的附着强度按《金属基体上的金属覆盖层（电沉积和化学沉积层）附着强度试验方法》（GB 5270-85）规定进行，膜层与基体结合牢固，不脱落。

（6）膜层的硬度大于3000 MPa。

（7）膜层的绝缘性以膜层击穿电压大于500 V为合格。

（8）膜层耐磨性的测定用指定的试验机进行，质量损失率应符合产品图样规定。

6 结语

与硬质阳极氧化膜相比，微弧氧化膜具有很好的综合性能。微弧氧化膜与基体结合牢固，结构致密，具有耐磨损、耐腐蚀、耐高温冲刷等显著特点，在许多领域都有广阔的应用前景。此外，据俄方专家说，微弧氧化膜与油漆的结合力很强，完全可以代替底漆。