ZL104局部阳极氧化工艺研究.pdf

第42卷第5期
火箭推进
Vol,.42,M.5
2016年10月
JOURNAL OF ROCKET PROPULSION
0ct.2016
ZL104局部阳极氧化工艺研究
薛露平,许维超,叶晖
(西安航天发动机厂,陕西西安710100)
摘要:研究了铝合金材料阳极氧化理论以及ZL104铦合金材料局部硫酸阳极氧化处理
后膜层粘脱现象产生的原因与机理,指出了该现象产生的原因是氧化膜在贮存、水试等环节
受到污染而使氧化膜的封孔结枃被破坏。根据理论分析和模拟试验结果,提出了局部阳极氧
化前增加水封闭处理对氧化膜进行修复的工艺技术。该项技术可有效杜绝氧化膜层粘脱现象
采用该项工艺技术制造的液体火箭发动机已经用于常规运載火箭系统,该运載火箭已经完成
飞行任务考核。
关键词:局部阳极氧化;氧化膜粘脱;氧化膜分层;封闭处理
中图分类号:V434-34文献标识码:A文章编号:1672-9374(2016)05-0092-06
Research on local anodization process for ZL104
XUE Luping, XU Weichao, YE Hui
(xi'an Space Engine Factory, Xi'an 710100, China)
Abstract: The anodizing theory of aluminum alloy, and the cause and mechanism of anodic oxide
film exfoliation after local sulfuric acid anodizing treatment of ZL 104 aluminum alloy were studied. It
is pointed out that the cause ofresulting in the phenomenon is that the anodic oxide film was polluted in
the process of storage and water test, which damaged the sealing structure of the film. According to the
results of theoretical analysis and simulated test, a process technology of adding a water sealin
treatment to repair the oxide film before local anodization is proposed. The technology can effectively
prevent the exfo
oliation phenomenon of the anodic oxide film. The liquid rocket engine adopting this
technology has been applied to conventional launch vehicle system, which has successfully passed the
flight test
Keywords: local anodization; oxide film exfoliation; oxide film delamination; sealing treatment
0引言
胀系数小、热稳定性能高、加工性能优良,广泛
应用于航空、航天、汽车、机械、热能工程等领
ZL104铝合金材料密度低、比强度高、热膨域到,某型液体火箭发动机涡轮泵壳体也采用该
收稿日期:2016-01-13;修回日期:2016-06-16
作者简介:薛露平(1985-),男,硕士,研究领域为液体火箭发动机表面处理工艺
万方数据
第42卷第5期
薛露平,等:Z14局部阳极氧化工艺研究
材料设计制造。ZL104铝合金材料耐腐蚀性能较
低,在大气环境中容易发生晶间腐蚀,为了满2
阳极氧化工艺原理
足液体火箭发动机长期储存、运输以及使用要2.1阳极氧化原理
求,需要通过表面改性来提高兀104铝合金材料
阳极氧化工艺原理装置示意简图见图2。它
的耐蚀性能,阳极氧化是铝及铝合金材料常用和由阳极氧化电源、氧化槽、搅拌器、冷却系统等
有效的表面处理和表面改性工艺技术,铝及铝合组成。搅拌器的作用是降低电解液浓差极化和局
金材料表面上的阳极氧化膜层具有良好的耐蚀部温度过高,冷却系统是采用循环水进行冷却
性,可满足工程应用对材料表面性能的需要。阳的,冷却系统可使电解温度保持在16℃左右,
极氧化工艺简单易行,可适用于形状复杂的铸造氧化槽两侧的铅板为阴极,被阳极化的工件为阳
铝合金零部件批量阳极氧化生产。某型液体火极。
箭发动机涡轮泵壳体硫酸阳极氧化后,在发动机
涡轮泵水试、装配、调试等过程中,常常会损伤
温控计
对接面的阳极化膜层,为此,需要对其进行修
搅拌器
复,即进行所谓的“局部阳极氧化”工艺处理,
零件
在局部阳极化处理之前,增加水封闭处理工序
HO
可有效防止氧化膜层脱落。该项工艺技术已经用
于液体火箭发动机涡轮泵壳体阳极氧化工艺制造
氧化槽阳极化电源
之中。
HO
1液体火箭发动机涡轮泵壳体阳极
2阳极氧化工芝原理装置示意图
化设计要求
Pig. 2 Diagram of anodic oxide principle and system
液体火箭发动机涡轮泵壳体结构示意原理简
图见图1。涡轮泵壳体材料为ZL104铝合金材
硫酸阳极氧化成膜的微观分子化学过程如图
料,它是通过砂型铸造、机械加工、表面阳极3所示。在阳极氧化刚刚开始的几分钟内,在铝
化、水封闭处理、表面局部阳极化、封闭处理等合金表面很快会形成一层致密无孔的氧化铝阻挡
工序而成型的。涡轮泵壳经过表面阳极化工艺处层,氧化铝比铝原子体积大,故而发生膨胀,阻
理后,要求阳极化层致密、牢靠、不脱落。
挡层由此变得凹凸不平,从而使得电解电流分布
呈现出不均匀的状态,凹陷处电阻较小而电流较
大,凸起处电阻较大而电流较小,呈现出相反的
变化趋势。电极化学反应方程式见方程(1)和
方程(2)
O
阳极
H20-2e+0+2H,2AI+30→Al203(1)
阴极
2i+2e-tal
凹陷处在电场作用下,发生了电化学溶解和
局部阳极氧化面
电解液产生的化学溶解过程,将会逐渐变成孔
穴,继而变成孔隙;凸起处则变成孔壁,最终形
图1涡轮泵売体结构示意图
成了图3C所示的多孔结构。其化学反应方程式
Fig 1 Structure diagram of turbopump shell
见方程(3)和方程(4)
万方数据