现代制造工程2007年第11期制造工艺/工艺装备
铝合金无铬电解抛光
胡丰泽,王俭,戴全春,边晋荣
(1海军驻大同地区军事代表室,大同037036;2,大同037036;3)
摘要:介绍铝合金(含纯铝)、成本低和市场竞争力强的优点。
关键词:铝合金;中图分类号:TG17:1671—3133(2007)11—0068—03
1
2
1
3
Technologicalresearchofaluminumalloy
electro2polishingwithoutchromium
HuFeng2ze,WangJian,DaiQuan2chun,BianJin2rong
1
2
1
3
(1MilitaryAffairsOfficeofNavyinDatongArea,Datong037036,Shanxi,CHN;2ShanxiJinchai
MechanismManufactureCo.,Ltd.,Datong037036,Shanxi,CHN;3MilitaryAffairsOfficeinShanxiDieselEngineIndustryCo.,Ltd.,Datong037036,Shanxi,CHN)
Abstract:Introducedbrieflythemechanismaboutaluminumalloy(includedthepurealuminum)electro2polishingtechnology,foundtheoptimumproportionandtechnologyconditionofelectro2polishingliquidwithoutchromium,andilluminatedthatitwasthesurfacetreatmenttechnologywhichhadbeenlowcost,strongmarketcompetitionandwithoutpollution,soithadtheobviousfeasibility,applicabilityandbenefit.
Keywords:Aluminumalloy;Electro2polishingwithoutchromium;Qualitycontrol
具有比重小、强度高和抗蚀性能好等优点的铝合金(含纯铝)经过无铬电解抛光表面处理后,可改善其综合性能及装饰性能,从而获得镜面反光、色彩艳丽和抗蚀性能强的制品。传统的铝合金电解抛光工艺为有铬电解抛光工艺,其电镀液处理费用高,污染环境。本文着重介绍铝合金无铬电解抛光工艺研究的有关内容,供参考。
2 无铬电解抛光分析
211 工艺条件
1 无铬电解抛光机理
电解抛光是金属零件在特定条件下的阳极浸蚀过程,能降低金属表面粗糙度而使零件表面变得光亮。铝合金在电解抛光后的阳极表面状态主要取决于以下四种化学反应的强弱程度:1)铝金属在电解抛
3+
光液中的溶解(Al=Al+3e);2)在阳极铝表面生成-钝化膜(2Al+6OH=Al2O3+3H2O+6e);3)气态氧-的析出(4OH=O2+2H2O+4e);4)电解液中各组分
在阳极表面上的氧化。68
材料为铝合金板零件(45mm×40mm×2mm),主要仪器设备为可控硅整流器(100A/12V),温度计(0～100℃),容器(2000ml)和铅极板(60mm×40mm×3mm)。212 工艺流程
工艺过程为:化学除油ϖ热水洗ϖ冷水洗ϖ电解抛光ϖ回收ϖ去离子水洗ϖ烘干(吹干),其中化学除油是该工艺的关键。由于铝无论在碱性条件或酸性条件下,都会发生不同程度的腐蚀,因此,除油可有效减少铝合金的腐蚀。其中除油配比为:金属净洗剂为:5%～10%,水为:90%～95%;温度为85～95℃;时间为:15～30min。213 抛光液组分
在硫酸、草酸、酒石酸、柠檬酸、硼酸和磷酸中选择抛光效果好,对基体腐蚀小,能够在不通电的情况
制造工艺/工艺装备
下即可在铝合金表面迅速形成一层钝化膜和有效阻止过腐蚀的电解抛光液组份,其中效果好的是草酸、酒石酸、硼酸和磷酸等。214 抛光液缓蚀剂
试验结果表明:选择胺类缓蚀剂(三乙醇胺、硫脲和尿素等)在强酸和高温下会迅速分解或挥发,缓蚀效果不明显,有些有机化合物在温度低时有缓蚀作用,但在高温时易发生酯化或碳化反应;而选择醇类缓蚀剂(甘油、丙醇、丁醇和乙醇等)时,其缓蚀效果明显,在电解抛光液中的稳定性较强。215 抛光产生的氧化物
铝合金在电解抛光过程中阻率的氧化物,如图1所示,其中图,金属表面高点被腐蚀;溶解的金属和抛光液形成图1b中的氧化物,即在由溶解、扩散形成的体系中进行抛光,它受溶液的种类、温度、扩散速度、电流密度等因素影响。图1c为抛光后的表面,所以铝合金电解抛光液组成及工艺条件的确定与氧化物的形成和扩散有着直接的关系
。
现代制造工程2007年第11期
216 电解抛光曲线
从图2所示的电解抛光曲线中可以看出,在通常情况下,电解抛光过程中,电压升高,电流密度随之增大,在电压升高到临界点V1时,电压继续升高,电流,当电压升2时,电压和电流密又逐渐升高。阴离子(Cx/CH2O)电解液及阳极电位对金属活化/钝化/去钝化(增亮)三者之间相互
图3 不同Cx/CH2O电解
液中阳极电位对阳极行为的影响
图2 电解抛光曲线
转化关系如图3所示。在
电压低于V1时,阳极溶解,但完全没有抛光作用,即活化状态从V1起阳极表面出
现钝化层;从V2开始阳极才产生明显反应,同时产生强烈的极化现象,金属出现明显的光泽。由于受各种工艺参数的影响,V1～V3区域的宽度有所不同,有时不明显。217 抛光最佳配方及最佳工艺参数经过多年的研究和生产实践,笔者找到了铝合金电解抛光的最佳配方和最佳工艺参数。表1是五种具有代表性的铝合金电解抛光生产结果的统计记录。
图1
铝及铝合金电解抛光表面示意图
表1 铝合金无铬电解抛光的配方和工艺参数统计
序 号混合酸含量甘油缓蚀剂丁醇缓蚀剂
1
磷酸250ml/l硼酸150g/l草酸20g/l
2
磷酸250ml/l硼酸100g/l草酸20g/l
3
磷酸250ml/l油石酸50g/l草酸20g/l
4
磷酸250ml/l硫酸150g/l
5
柠檬酸100ml/l硫酸150g/l
光亮光亮光亮光亮局部发雾条纹半光亮半光亮半光亮局部腐蚀
注:无铬电解抛光的最佳工艺参数:温度为80～85℃,时间为6～8min,阳极电流密度为10A/dm2,电压在临界点以上。
218 抛光结果分析
1)电压高于临界点以上的无铬电解抛光效果好。
2)无铬电解抛光液若温度低,扩散速度降低,抛
3 结语
1)铝合金(含钝铝)电解抛光的抛光液最佳成分
光时间延长;温度太高,易使被抛光金属产生过腐蚀。
3)电解抛光液采用磷酸、草酸、硼酸和甘油为主要成分时,抛光效果最佳。
4)根据抛光曲线,电流密度有一个最佳范围值,电流密度太低,铝合金表面处于活化状态,钝化膜尚未形成,影响表面质量。
5)搅拌可以加快电解液的扩散和对流,减少电解液局部温度过高,提高阳极氧化膜的溶解和表面气泡脱附的速度,防止产生条纹等缺陷。
和配方为磷酸250ml/l,草酸20g/l,硼酸100g/l,甘油适量;最佳工艺参数:温度为80～85℃、时间为6～8min、电流密度为10～15A/dm和电压在临界点以上。
2)铝合金(含钝铝)无铬电解抛光完全可以代替
2
有铬电解抛光,是具有可行性、实用性、成本低和污染小的表面处理工艺。
参考文献:
[1] 杜春华.简明表面处理工艺手册[M].北京:机械工
69
现代制造工程2007年第11期制造工艺/工艺装备
电火花修复涡轮导向叶片试验研究
姜伟,胡芳友,吉伯林
(海军航空工程学院青岛分院,青岛266041)
摘要:研究了电火花修复K418涡轮导向叶片,显微硬度,并对所得试验数据进行分析,得出结论:,晶粒明显细化;修复后试样硬度值一般提高30～50HV,65V,功率B2,频率C1,最大影响因素为电压;,比如对试样进行预热、缓冷、改变材料成分等加以避免。关键词:电火花;;;;显微硬度
中图分类号:TG174:B 文章编号:1671—3133(2007)11—0070—03
Researchonturbinenozzlebladesbyelectrosparksurfacestrengthening
JiangWei,HuFang2you,JiBo2lin
(QingdaoBranch,NavalAeronauticalEngineeringAcademy,Qingdao266041,Shandong,CHN)
Abstract:MainlystudiedtheelectricsparktorepairtheK418turbinenozzleblade,hasprovidedthetheorybasisforturbinenoz2zlebladeπsrepair.Thetestspecimenmicrostructurewasobserved,themicro2hardnesswasmeasured,andtheobtainedtentativedatawasanalyzed.Theresultindicatedthat,comparedtothepreviousone,themicrostructureiseven,thecrystalgrainisobviousrefinement;thetestspecimendegreeofmicro2hardnessvalueenhances30～50HVgenerally,mightinferthewearingresistancetobeabletobeimproved.Themostsuperiorcraftparameterisvoltage65V,powerB2,frequencyC1,themosttremendousinfluencefactorisvoltage;therearecracksandporesintherepair.Crack,furtherexperimentwillbecarriedonbypreheating,slowcold,thechangematerialingredienttothetestspecimenforavoidstheflaw.
Keywords:Electrospark;Surfacestrengthening;Turbinenozzleblade;Microstructure;Micro2hardness
电火花表面强化是利用电极材料与金属材料表面间的脉冲火花放电,将电极材料熔融到金属表面,形成合金化熔渗层。电火花放电属于高能量密度放热,亦称电火花熔覆或称为脉冲电弧显微堆焊,可以提高零件的硬度、耐磨性、耐腐蚀性及热硬性等表面
性能。电火花强化工艺方法简单,装备造价低,经济效
益明显,因而广泛应用于模具、导轨及齿轮、轧辊表面的修复。此外还可以采用不同电极材料对工件表面的性
[125]
能进行改性处理,亦可收到非常明显的工艺效果。
航空发动机的涡轮导向叶片,采用高温镍基合金
face,1985(22/23):236.
[7] 宋成强,崔作兴,郝建军.电镀三废处理技术[M].北
业出版社,1997.术出版社,1994.
[2] 许强龄.现代表面处理技术[M].上海:上海科学技[3] 郑兰香.H3PO4—H2SO4体系化学抛光研究[J].材
京:国防工业出版社,2002.
[8] 柳玉波.表面处理工艺大全[M].北京:中国计量出
料保护,1998,31(4):26-28.
[4] 傅献彩,沈文霞,姚天扬,等.物理化学[M].北京:高
版社,1996.
等教育出版社,1990.
[5] HintonBR,AmottOR,RyanNe.Cerinmconversion
coatingforthecorrosionprotectionofaluminum[J].MaterForum,1986,9(3):163-165.
[6] Atnott.AugerandXpsstudiesofceriumcorrosioninhi2
bitionon7075AluminumAlloy[J].Applicationofsur2
作者简介:胡丰泽,在读工程硕士,工程师。
作者通讯地址:山西省大同市第1号信箱海军驻大同地区军事代
表室(037036)
电话:(0352)4030935
E2mail:[email protected]
收稿日期:2007203215
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现代制造工程2007年第11期制造工艺/工艺装备
铝合金无铬电解抛光
胡丰泽,王俭,戴全春,边晋荣
(1海军驻大同地区军事代表室,大同037036;2,大同037036;3)
摘要:介绍铝合金(含纯铝)、成本低和市场竞争力强的优点。
关键词:铝合金;中图分类号:TG17:1671—3133(2007)11—0068—03
1
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Technologicalresearchofaluminumalloy
electro2polishingwithoutchromium
HuFeng2ze,WangJian,DaiQuan2chun,BianJin2rong
1
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(1MilitaryAffairsOfficeofNavyinDatongArea,Datong037036,Shanxi,CHN;2ShanxiJinchai
MechanismManufactureCo.,Ltd.,Datong037036,Shanxi,CHN;3MilitaryAffairsOfficeinShanxiDieselEngineIndustryCo.,Ltd.,Datong037036,Shanxi,CHN)
Abstract:Introducedbrieflythemechanismaboutaluminumalloy(includedthepurealuminum)electro2polishingtechnology,foundtheoptimumproportionandtechnologyconditionofelectro2polishingliquidwithoutchromium,andilluminatedthatitwasthesurfacetreatmenttechnologywhichhadbeenlowcost,strongmarketcompetitionandwithoutpollution,soithadtheobviousfeasibility,applicabilityandbenefit.
Keywords:Aluminumalloy;Electro2polishingwithoutchromium;Qualitycontrol
具有比重小、强度高和抗蚀性能好等优点的铝合金(含纯铝)经过无铬电解抛光表面处理后,可改善其综合性能及装饰性能,从而获得镜面反光、色彩艳丽和抗蚀性能强的制品。传统的铝合金电解抛光工艺为有铬电解抛光工艺,其电镀液处理费用高,污染环境。本文着重介绍铝合金无铬电解抛光工艺研究的有关内容,供参考。
2 无铬电解抛光分析
211 工艺条件
1 无铬电解抛光机理
电解抛光是金属零件在特定条件下的阳极浸蚀过程,能降低金属表面粗糙度而使零件表面变得光亮。铝合金在电解抛光后的阳极表面状态主要取决于以下四种化学反应的强弱程度:1)铝金属在电解抛
3+
光液中的溶解(Al=Al+3e);2)在阳极铝表面生成-钝化膜(2Al+6OH=Al2O3+3H2O+6e);3)气态氧-的析出(4OH=O2+2H2O+4e);4)电解液中各组分
在阳极表面上的氧化。68
材料为铝合金板零件(45mm×40mm×2mm),主要仪器设备为可控硅整流器(100A/12V),温度计(0～100℃),容器(2000ml)和铅极板(60mm×40mm×3mm)。212 工艺流程
工艺过程为:化学除油ϖ热水洗ϖ冷水洗ϖ电解抛光ϖ回收ϖ去离子水洗ϖ烘干(吹干),其中化学除油是该工艺的关键。由于铝无论在碱性条件或酸性条件下,都会发生不同程度的腐蚀,因此,除油可有效减少铝合金的腐蚀。其中除油配比为:金属净洗剂为:5%～10%,水为:90%～95%;温度为85～95℃;时间为:15～30min。213 抛光液组分
在硫酸、草酸、酒石酸、柠檬酸、硼酸和磷酸中选择抛光效果好,对基体腐蚀小,能够在不通电的情况
制造工艺/工艺装备
下即可在铝合金表面迅速形成一层钝化膜和有效阻止过腐蚀的电解抛光液组份,其中效果好的是草酸、酒石酸、硼酸和磷酸等。214 抛光液缓蚀剂
试验结果表明:选择胺类缓蚀剂(三乙醇胺、硫脲和尿素等)在强酸和高温下会迅速分解或挥发,缓蚀效果不明显,有些有机化合物在温度低时有缓蚀作用,但在高温时易发生酯化或碳化反应;而选择醇类缓蚀剂(甘油、丙醇、丁醇和乙醇等)时,其缓蚀效果明显,在电解抛光液中的稳定性较强。215 抛光产生的氧化物
铝合金在电解抛光过程中阻率的氧化物,如图1所示,其中图,金属表面高点被腐蚀;溶解的金属和抛光液形成图1b中的氧化物,即在由溶解、扩散形成的体系中进行抛光,它受溶液的种类、温度、扩散速度、电流密度等因素影响。图1c为抛光后的表面,所以铝合金电解抛光液组成及工艺条件的确定与氧化物的形成和扩散有着直接的关系
。
现代制造工程2007年第11期
216 电解抛光曲线
从图2所示的电解抛光曲线中可以看出,在通常情况下,电解抛光过程中,电压升高,电流密度随之增大,在电压升高到临界点V1时,电压继续升高,电流,当电压升2时,电压和电流密又逐渐升高。阴离子(Cx/CH2O)电解液及阳极电位对金属活化/钝化/去钝化(增亮)三者之间相互
图3 不同Cx/CH2O电解
液中阳极电位对阳极行为的影响
图2 电解抛光曲线
转化关系如图3所示。在
电压低于V1时,阳极溶解,但完全没有抛光作用,即活化状态从V1起阳极表面出
现钝化层;从V2开始阳极才产生明显反应,同时产生强烈的极化现象,金属出现明显的光泽。由于受各种工艺参数的影响,V1～V3区域的宽度有所不同,有时不明显。217 抛光最佳配方及最佳工艺参数经过多年的研究和生产实践,笔者找到了铝合金电解抛光的最佳配方和最佳工艺参数。表1是五种具有代表性的铝合金电解抛光生产结果的统计记录。
图1
铝及铝合金电解抛光表面示意图
表1 铝合金无铬电解抛光的配方和工艺参数统计
序 号混合酸含量甘油缓蚀剂丁醇缓蚀剂
1
磷酸250ml/l硼酸150g/l草酸20g/l
2
磷酸250ml/l硼酸100g/l草酸20g/l
3
磷酸250ml/l油石酸50g/l草酸20g/l
4
磷酸250ml/l硫酸150g/l
5
柠檬酸100ml/l硫酸150g/l
光亮光亮光亮光亮局部发雾条纹半光亮半光亮半光亮局部腐蚀
注:无铬电解抛光的最佳工艺参数:温度为80～85℃,时间为6～8min,阳极电流密度为10A/dm2,电压在临界点以上。
218 抛光结果分析
1)电压高于临界点以上的无铬电解抛光效果好。
2)无铬电解抛光液若温度低,扩散速度降低,抛
3 结语
1)铝合金(含钝铝)电解抛光的抛光液最佳成分
光时间延长;温度太高,易使被抛光金属产生过腐蚀。
3)电解抛光液采用磷酸、草酸、硼酸和甘油为主要成分时,抛光效果最佳。
4)根据抛光曲线,电流密度有一个最佳范围值,电流密度太低,铝合金表面处于活化状态,钝化膜尚未形成,影响表面质量。
5)搅拌可以加快电解液的扩散和对流,减少电解液局部温度过高,提高阳极氧化膜的溶解和表面气泡脱附的速度,防止产生条纹等缺陷。
和配方为磷酸250ml/l,草酸20g/l,硼酸100g/l,甘油适量;最佳工艺参数:温度为80～85℃、时间为6～8min、电流密度为10～15A/dm和电压在临界点以上。
2)铝合金(含钝铝)无铬电解抛光完全可以代替
2
有铬电解抛光,是具有可行性、实用性、成本低和污染小的表面处理工艺。
参考文献:
[1] 杜春华.简明表面处理工艺手册[M].北京:机械工
69
现代制造工程2007年第11期制造工艺/工艺装备
电火花修复涡轮导向叶片试验研究
姜伟,胡芳友,吉伯林
(海军航空工程学院青岛分院,青岛266041)
摘要:研究了电火花修复K418涡轮导向叶片,显微硬度,并对所得试验数据进行分析,得出结论:,晶粒明显细化;修复后试样硬度值一般提高30～50HV,65V,功率B2,频率C1,最大影响因素为电压;,比如对试样进行预热、缓冷、改变材料成分等加以避免。关键词:电火花;;;;显微硬度
中图分类号:TG174:B 文章编号:1671—3133(2007)11—0070—03
Researchonturbinenozzlebladesbyelectrosparksurfacestrengthening
JiangWei,HuFang2you,JiBo2lin
(QingdaoBranch,NavalAeronauticalEngineeringAcademy,Qingdao266041,Shandong,CHN)
Abstract:MainlystudiedtheelectricsparktorepairtheK418turbinenozzleblade,hasprovidedthetheorybasisforturbinenoz2zlebladeπsrepair.Thetestspecimenmicrostructurewasobserved,themicro2hardnesswasmeasured,andtheobtainedtentativedatawasanalyzed.Theresultindicatedthat,comparedtothepreviousone,themicrostructureiseven,thecrystalgrainisobviousrefinement;thetestspecimendegreeofmicro2hardnessvalueenhances30～50HVgenerally,mightinferthewearingresistancetobeabletobeimproved.Themostsuperiorcraftparameterisvoltage65V,powerB2,frequencyC1,themosttremendousinfluencefactorisvoltage;therearecracksandporesintherepair.Crack,furtherexperimentwillbecarriedonbypreheating,slowcold,thechangematerialingredienttothetestspecimenforavoidstheflaw.
Keywords:Electrospark;Surfacestrengthening;Turbinenozzleblade;Microstructure;Micro2hardness
电火花表面强化是利用电极材料与金属材料表面间的脉冲火花放电,将电极材料熔融到金属表面,形成合金化熔渗层。电火花放电属于高能量密度放热,亦称电火花熔覆或称为脉冲电弧显微堆焊,可以提高零件的硬度、耐磨性、耐腐蚀性及热硬性等表面
性能。电火花强化工艺方法简单,装备造价低,经济效
益明显,因而广泛应用于模具、导轨及齿轮、轧辊表面的修复。此外还可以采用不同电极材料对工件表面的性
[125]
能进行改性处理,亦可收到非常明显的工艺效果。
航空发动机的涡轮导向叶片,采用高温镍基合金
face,1985(22/23):236.
[7] 宋成强,崔作兴,郝建军.电镀三废处理技术[M].北
业出版社,1997.术出版社,1994.
[2] 许强龄.现代表面处理技术[M].上海:上海科学技[3] 郑兰香.H3PO4—H2SO4体系化学抛光研究[J].材
京:国防工业出版社,2002.
[8] 柳玉波.表面处理工艺大全[M].北京:中国计量出
料保护,1998,31(4):26-28.
[4] 傅献彩,沈文霞,姚天扬,等.物理化学[M].北京:高
版社,1996.
等教育出版社,1990.
[5] HintonBR,AmottOR,RyanNe.Cerinmconversion
coatingforthecorrosionprotectionofaluminum[J].MaterForum,1986,9(3):163-165.
[6] Atnott.AugerandXpsstudiesofceriumcorrosioninhi2
bitionon7075AluminumAlloy[J].Applicationofsur2
作者简介:胡丰泽,在读工程硕士,工程师。
作者通讯地址:山西省大同市第1号信箱海军驻大同地区军事代
表室(037036)
电话:(0352)4030935
E2mail:[email protected]
收稿日期:2007203215
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