[发明专利]基于扫描阴极的大尺寸钛合金结构微弧氧化及验证方法

说明书

本发明公开了一种基于扫描阴极的大尺寸钛合金结构微弧氧化方法及其试验验证方法，本发明专利通过理论设计和试验研究等手段，解决了大尺寸钛合金结构表面一次微弧氧化技术，突破了扫描式阴极装置设计、一次性大面积微弧氧化技术工艺调控等关键技术，从而解决大尺寸结构件的微弧氧化工艺和膜层表面质量问题，将一次处理面积的能力提高到4m²以上，可极大的提高氧化效率，为铝合金、镁合金等轻合金大型构件、复杂零件表面微弧氧化处理奠定了基础。

技术领域

本发明属轻金属表面处理技术领域，具体涉及基于扫描阴极的大尺寸钛合金结构微弧氧化及验证方法。

背景技术

微弧氧化技术在80年代中后期成为国际研究热点，进入90年代以来，美、德、俄和日等国家加快了微弧氧化技术的研究开发工作，并在石油、纺织、航空航天、兵器、船舶等领域开始进行应用。国内自90年代末微弧氧化技术引入国内以来，国内多家单位相继开展了研究工作。微弧氧化膜层为陶瓷结构，具有一定的脆性，在外力和载荷的交互作用下容易产生微裂纹，对材料的力学性能和疲劳性能有影响，目前主要应用于非主承力构件如吊舱、滑轨、镁合金机匣壳体等小型部件的表面防护。另一方面对大型结构和复杂零部件的微弧氧化工艺的研究不成熟，在实际工作中只能采取多次微弧氧化处理，其结果是表面产生印痕，膜层厚薄不均，局部易产生烧蚀等缺陷，同时也缺乏深入研究的力学性能研究，因此在整体大壁板结构上还未实现工程应用。中国特种飞行器研究所虽然在海装课题中开展了铝合金小型零件和连接件的微弧氧化技术研究，跟踪了大尺寸结构件的微弧氧化技术研究进展，但仍未解决大型件分段式氧化的面积限制和氧化过程中出现的烧蚀等表面缺陷问题。

钛合金虽然具有较好的力学性能、防腐性能，但耐磨性差、对部分卤族离子也较为敏感，使用时一般采用表面钝化的方式进行处理，但在较为严酷的海洋环境、高温环境或耐磨与防腐耦合条件下使用时，其性能指标远不能满足需求，且钛合金在使用时对其表面质量要求极高，轻微的表面损伤也将极大的降低其耐腐蚀疲劳性能，尤其是应用于发动机叶片等部位的钛合金，因此在钛合金表面进行微弧氧化处理时其工艺调控较铝合金、镁合金复杂，实现大尺寸钛合金结构一次性微弧氧化处理在国内属于首创。国内外微弧氧化电源最大输出平均电流在500A左右，按氧化电流密度2A/dm²计算，一次处理面积也只有2.5m²，对于大型壁板及其他超过3m²的大尺寸钛合金部件均无法一次性氧化处理。

本方法是采用扫描阴极氧化技术，突破扫描式阴极装置设计、一次性大面积微弧氧化技术工艺调控等关键技术，从而解决大尺寸结构件的微弧氧化工艺和膜层表面质量问题，将一次处理面积的能力提高到4m²以上，可极大的提高氧化效率。

发明内容

发明目的

本发明所解决的技术问题是基于扫描阴极氧化技术，突破扫描式阴极装置设计、一次性大面积微弧氧化技术工艺调控、大型工件微弧氧化膜环境适应性评估等关键技术，从而解决大尺寸结构件的微弧氧化工艺和膜层表面质量问题，将一次处理面积的能力提高到4m²以上，并获得一种环保的、无印痕、无烧蚀的大尺寸钛合金微弧氧化处理装置及工艺，从而提高钛合金耐磨、耐蚀性能，可促进航空表面处理技术向高性能、环保化和规范化的方向发展，加快我国航空表面处理技术与国际先进水平接轨的进程。

发明技术解决方案

为了实现上述发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种基于扫描阴极的大尺寸钛合金结构微弧氧化方法，包括如下步骤：

步骤1，扫描阴极准备：扫描阴极的一个面完全封闭，扫描式阴极与完全封闭面的相对面适度敞开；

步骤2，制备电解液，配制后静置8h测定pH及电导率，电解液pH7～8；电解液配方如下：偏磷酸盐40g/L；钨酸盐5g/L；CSTK 3g/L；硅酸盐：5g/L。