陳 巖,薛宏偉,邸建國
(1.駐123廠軍代室,黑龍江 齊齊哈爾161046;2.駐127廠軍代室,黑龍江 齊齊哈爾161000)
某型號炮彈由于火炮身管長、膛壓高,發射過程中高溫、高壓的火藥氣體作用時間長,對彈體尾部鋁合金件沖刷燒蝕嚴重,影響了射擊密集度。
為了解決炮彈發射中彈體尾部鋁合金件出現嚴重沖刷燒蝕的問題,在硬質陽極氧化處理無效的情況下,引進俄羅斯技術,采用具有隔熱、抗燒蝕、耐沖刷的微弧氧化處理,有效地解決了彈體尾部鋁合金件沖刷燒蝕的問題,確保了射擊密集度。
氫氧化鉀1~3 g/L,偏鋁酸鈉2~4 g/L,硅酸鈉3~5 g/L,硼酸鈉0.5~1.0 g/L。
電解液是獲得合格微弧氧化膜的技術關鍵。在相同的電壓下,電解液的質量濃度越高,成膜速率越快,電解液溫度上升越慢;反之,成膜速率較慢,電解液溫度上升較快。經大量試驗證明:采用由硅酸鈉、偏鋁酸鈉、氫氧化鉀及硼酸鈉組成的電解液,并將電解液的pH值控制在10~12之間,可以獲得連續、均勻的微弧氧化膜。
電壓和電流密度的控制對獲得合格微弧氧化膜同樣至關重要。電壓一般大于擊穿電壓幾十伏甚至上百伏。電壓不同,微弧氧化膜的性能、表面狀態和厚度不同。經試驗證明:電壓可在500~600 V范圍內變化,電流密度可在5~20 A/dm2范圍內變化。
溫度越高,微弧氧化膜的形成速率越快,但其粗糙度也會隨之增大。另外,溫度越高,電解液蒸發也越快。因此,溫度應低于50℃,一般控制在30~50℃之間。雖然微弧氧化過程中工件表面有大量氣體析出,對電解液有一定的攪拌作用,但為了保證溫度和電解液成分的均勻,可采用壓縮空氣對電解液進行攪拌。
工件表面形成微弧氧化膜之后要進行封閉處理,堵塞放電通道,達到耐腐蝕的效果。一般用去離子水和有機化合物配制封閉槽液。為加快后續的干燥速率,該工序的溫度宜高一些,一般控制在80℃左右。
微弧氧化的能耗大,電解液冷卻困難,生產過程中存在大電流、高電壓下的用電安全問題。因此,在設備選擇上要特別注重以下三個方面。
選用的微弧氧化電源以智能電源為基礎,應用各種先進的功率自關斷器件,做到無干擾、無噪聲、節能省電。采用這種電源,生成30μm厚的微弧氧化膜實際耗電3 k W·h,而理論值為15 k W·h。同時,該電源的最大特點是能夠根據工件阻值的變化,自動調整電壓和電流,從而精確地控制成膜厚度和能量均勻分布,有效地控制成膜質量,并具有自動控制和故障診斷功能。在批生產中,在任一工件失效的情況下,可保證系統正常運行。
由于微弧氧化是在大電流、高電壓下工作,氧化槽需要通700 V/420 A的高壓電。為了保證安全生產,微弧氧化槽采用絕緣材料制作,槽內襯3 mm厚的不銹鋼板作氧化陰極板,通電導線采用直徑為20 mm的塑膠鋼絲線,槽體兩側的導電座均設置PP防護板。同時,為防止陽極工件與陰極不銹鋼板之間接觸短路,在不銹鋼內襯槽里加絕緣防護罩(帶孔便于電解液循環流動)。
由于微弧氧化過程中工件表面具有較高的電壓并通過較大的電流,使產生的熱量大部分集中于微弧氧化膜界面處,工件表面火花瞬時溫度在2000℃以上。為保證微弧氧化在設置的溫度范圍內進行,采用了每小時具有418.59 k J制冷量的制冷交換機組設備。
目前鋁合金微弧氧化處理尚無檢驗驗收標準,我們根據產品性能要求和工藝保證能力制定如下檢驗驗收標準,供大家參考。
(1)膜層連續均勻,無起泡、裂紋、局部脫落、電擊傷、松散附著等現象。
(2)膜層的耐蝕性按《人造氣氛腐蝕試驗 鹽霧試驗》(GB/T 10125-1997)規定進行,耐蝕時間不低于96 h,表面不出現總面積大于20%的局部變暗,無裂紋及腐蝕產物。
(3)膜層的厚度用涂層測厚儀測量,厚度不小于30μm。
(4)膜層的耐燒蝕性用氧-乙炔焰法檢測,質量燒蝕率小于0.1%。
(5)膜層的附著強度按《金屬基體上的金屬覆蓋層(電沉積和化學沉積層)附著強度試驗方法》(GB 5270-85)規定進行,膜層與基體結合牢固,不脫落。
(6)膜層的硬度大于3000 MPa。
(7)膜層的絕緣性以膜層擊穿電壓大于500 V為合格。
(8)膜層耐磨性的測定用指定的試驗機進行,質量損失率應符合產品圖樣規定。
與硬質陽極氧化膜相比,微弧氧化膜具有很好的綜合性能。微弧氧化膜與基體結合牢固,結構致密,具有耐磨損、耐腐蝕、耐高溫沖刷等顯著特點,在許多領域都有廣闊的應用前景。此外,據俄方專家說,微弧氧化膜與油漆的結合力很強,完全可以代替底漆。