1 前言
在成都飛機(jī)工業(yè)公司與美國(guó)麥道公司合作生產(chǎn)MD90機(jī)頭的過(guò)程中，采用鋁合金硬質(zhì)陽(yáng)極氧化工藝。需滿(mǎn)足美方麥道工藝規(guī)范DPS10。01的要求，即成膜的電流密度為18。9A/dm2，最低不能低于9。9A/dm2，膜厚為45～55μm。而我公司及國(guó)內(nèi)采用的工藝的成膜電流密度為2～6A/dm2。在較高電流密度（9。9A/dm2以上）進(jìn)行陽(yáng)極化時(shí)，零件的燒毀率很高，生產(chǎn)成本較高。因此，為達(dá)到美方的要求，且不提高生產(chǎn)成本，必須進(jìn)行技術(shù)改造。
在高電流密度下形成厚膜的硬質(zhì)陽(yáng)極氧化主要采用以下2種方法。
?、偻ㄟ^(guò)往電解液中添加適量的有機(jī)酸或有機(jī)化合物，以改善膜層質(zhì)量，降低零件燒毀率。
?、谕ㄟ^(guò)在不同試樣上施加不同波形的電流來(lái)改變膜的成長(zhǎng)過(guò)程，以提高膜的質(zhì)量，如交直流疊加、直流疊加方波脈沖等。
本文著重從改進(jìn)陽(yáng)極氧化電源入手，根據(jù)試樣（零件）燒毀率和美軍標(biāo)MIL-A8625及美國(guó)麥道公司工藝標(biāo)準(zhǔn)DPS11。01評(píng)價(jià)膜層質(zhì)量。
2 試驗(yàn)
2。1 電解液配方
配方1：
硫酸 180～200g/L
草酸 8～15g/L
添加劑 30g/L
溫度 -7～-8℃
配方2：
硫酸 280～300g/L
溫度 -7～-8℃
2。2 試樣材料及尺寸
2024—T3（鋁合金） 100mm×100mm ×6mm
7075—T6（鋁合金） 100mm×100mm ×6mm
2。3 工藝流程
裝掛→堿性清洗劑清洗→沖洗→堿腐蝕→沖洗→干燥→局部表面保護(hù)→硬質(zhì)陽(yáng)極化→沖洗→封閉→沖洗→干燥→拆卸→檢驗(yàn)
2。4 電源
①直流電源
?、谥绷鳢B加脈沖電源
該電源采用可控硅調(diào)壓，在直流基礎(chǔ)上加脈沖電流，通斷比為2。5：1。為意大利ELCA公司生產(chǎn)。電流波形見(jiàn)圖1：
圖1 直流疊加脈沖電源波形示意圖
?、蹎蜗嘟恢绷鳢B加電源
此電源為可控硅調(diào)壓，整流器整流，主要采用直流和交流疊加在一起，正向電流與反向電流比為10∶1到8∶1。電流波形見(jiàn)圖2：
圖2 單相交直流疊加電源電流波形示意圖
2。5 膜層性能檢測(cè)
2。5。1 耐磨性試驗(yàn)
采用24塊100mm×100mm×6mm的試樣，在Taber磨損機(jī)上負(fù)荷10N，轉(zhuǎn)速70r/min，10000次循環(huán)測(cè)得數(shù)據(jù)的平均值。
2。5。2 膜厚的測(cè)量
采用顯微鏡金相法測(cè)定。
3 結(jié)果與討論
直流電源以及直流疊加脈沖電源氧化試驗(yàn)的結(jié)果見(jiàn)表1、2，其燒毀率是以試樣和零件氧化時(shí)燒毀的實(shí)際數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)而出。由表1、2可見(jiàn)，在較高電流密度（9。9 A/dm2）下，在有添加劑的配方1中所得膜層比在無(wú)添加劑的配方2的燒毀率稍低，但燒毀率仍太高，無(wú)法直接應(yīng)用于生產(chǎn)。
表1 直流電源下鋁合金陽(yáng)極化的燒毀率
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燒毀率
材料 ────────────────
配方方1 配方2
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2024—T3 45% 50%
7075—T6 28% 30%
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電流密度為9。9 A/dm2，電流上升時(shí)間為5 min。
表2 直流疊加脈沖電源下鋁合金陽(yáng)極化的燒毀率
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燒毀率
材料 ─────────────────
配方方1 配方2
──────────────────────
2024—T3 40% 43%
7075—T6 25% 28%
──────────────────────
電流密度為9。9 A/dm2，電流上升時(shí)間為5、10、15 min，加入脈沖為10%、20%、30%。
2 在交直流疊加電源氧化的情況下，燒毀率幾乎為零。從4。4 A/dm2到9。9 A/dm2、18。9 A/dm2，不管是7075鋁合金還是含有高銅的鋁合金2024，膜層的耐磨性均達(dá)到DPS11。01和MIL-A-8625的要求。而且隨著電流密度的增加，膜層的耐磨性能不斷提高。在不同的電流密度下，含有添加劑的配方1中形成的膜層的耐磨性均比沒(méi)有添加劑的配方2中形成的高。在膜厚基本相同的情況下，高電流密度下的成膜時(shí)間比低電流密度下的要短得多。
根據(jù)以上試驗(yàn)可以看出鋁合金試樣在不同波形電源產(chǎn)生的高電流密度下的燒毀率差異很大。這是因?yàn)樵陉?yáng)極化時(shí)試片表面通過(guò)較高電流，因氧化膜具有很在原電阻，而且陽(yáng)極化過(guò)程中產(chǎn)生的熱量大多集中在試樣與電解液接角面之間不易散發(fā)，導(dǎo)致溫度上升，即所謂的界面溫度過(guò)高，可達(dá)上百度。因此在陽(yáng)極化過(guò)程中，如果沒(méi)有足夠的散熱時(shí)間，會(huì)使氧化膜溶解加快，很容易會(huì)燒毀試樣。具體分析如下：
?、僭谥绷麟娫串a(chǎn)生的高電流密度下，鋁 合金試樣在成膜過(guò)程中因?yàn)闆](méi)有足夠的散熱時(shí)間，造成界面溫度過(guò)高而燒毀試樣。
?、谥绷鳢B加脈沖電源產(chǎn)生的高電流密度下，鋁合金試樣在成膜過(guò)程中，由于電源波形峰值電流密度很大，能促進(jìn)膜的生長(zhǎng)；底部電流密度小，有利于散發(fā)焦耳熱，降低界面溫度，使得膜不易被燒毀，但在高電流成膜的情況下仍然不能使界面溫度完全降低，故而試樣被燒毀的機(jī)率較大。
③單相交直流疊加電源產(chǎn)生的高電流密度下，鋁合金試樣在成膜過(guò)程中，正向大電流時(shí)有利于氧化膜的生長(zhǎng)，反向電流時(shí)膜層不溶解并且大大降低成膜過(guò)程中產(chǎn)生的焦耳熱，降低了界面溫度，保護(hù)膜不易被燒毀。另外，在反向電流時(shí)，試樣處于陰極狀態(tài)，電極反應(yīng)有氫析出，初生的氫和氧在氧化膜孔隙中很快結(jié)成了水。由于減少了大量氣態(tài)的氫和氧，電解液比較容易接觸到鋁基體。并且由于膜孔中生成的水增加了電解液的流動(dòng)性，改善了冷卻效果，降低了界面溫度，因此，試樣不會(huì)被燒毀。
另外從表3的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，較高電流密度下形成的膜層的耐磨性?xún)?yōu)于較低電流密度下的，這是因?yàn)殇X合金試樣在恒定電流密度下氧化成膜時(shí)，可以通過(guò)增加氧化化時(shí)間的處長(zhǎng)而降低，時(shí)間達(dá)長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生疏松的膜層。因此，提高電流密度可以縮短成膜時(shí)間，從而提高膜層耐磨性。
4 應(yīng)用
成飛公司根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果在96年進(jìn)行了技術(shù)改造，添置了一臺(tái)大功率的1000A。0～55V交直流硬質(zhì)陽(yáng)極氧化設(shè)備并按照美國(guó)軍標(biāo)MIL-A-8625和美國(guó)麥道公司DPS11。01工藝規(guī)范評(píng)價(jià)了膜厚、膜重、耐磨和耐鹽霧性能。結(jié)果完全滿(mǎn)足MIL-A8625標(biāo)準(zhǔn)和DPS11。01工藝規(guī)范的要求，通過(guò)了美國(guó)麥道公司的工藝評(píng)審，已應(yīng)用于轉(zhuǎn)包生產(chǎn)中。此電源在高電流密度下大大提高了生產(chǎn)效率，既縮短了工時(shí)又降低了能耗、節(jié)約了成本，自97年投產(chǎn)以來(lái)累計(jì)節(jié)省費(fèi)用60多萬(wàn)元。
5 結(jié)論
通過(guò)試驗(yàn)研究和實(shí)際應(yīng)用，得到如下結(jié)論：
?、僦绷麟娫?、脈沖疊加直流電源因陽(yáng)極化時(shí)燒毀率太高不能用于9。9A/dm2以上的高電流密度的硬質(zhì)陽(yáng)極氧化。
②直流疊加交流電源可以用于大于9。9A/dm2至18。9A/dm2高電流密度的硬質(zhì)陽(yáng)極氧化，燒毀率為零。
③在恒定高電流密度下，有利于提高鋁合金陽(yáng)極氧化膜層的耐磨性。
