[发明专利]活塞顶面硬质阳极氧化方法

说明书

技术领域

本发明活塞顶面硬质阳极氧化方法涉及发动机活塞顶面硬质阳极氧化工艺与装置，也涉及其它铝合金零部件要求局部硬质阳极氧化的场所。

背景技术

发动机工作时，活塞受到强烈地热负荷作用，活塞顶面常出现开裂等情况，导致过早失效。在活塞顶面制备一层致密的铝氧化膜可以有效地提高活塞寿命，并增加燃气的燃烧效率，与微弧氧化方法相比，采用硬质阳极氧化处理制备铝氧化膜，能耗低、工艺简单，成本低。但目前的硬质阳极氧化处理方法制备的铝氧化膜较疏松，硬度和膜厚还不能更好地满足要求。总所周知，阳极氧化膜由阻挡层和多孔层构成，但对于形成阻挡型与多孔型两类阳极氧化膜形态的变化规律没有统一的解释，形成多孔阳极氧化铝膜的过程是一个涉及物理、化学和电化学等诸多方面的复杂过程，同时也受到电解液类型、阳极氧化电压、反应温度等影响。目前，临界电流密度模型、体膨胀应力模型和电场支持下的溶解模型等对多孔层的形成机制进行了解释。但无论那种解释，归根结底，铝的阳极氧化总是放热反应，在成膜过程中，当氧化膜的生长速度大于其溶解速度时氧化膜生长，氧化膜溶解速度越小，则生长速度越快。这表明，无论是化学溶解还是电场助溶都与氧化膜含热量或温度有关，含热量多，温度高将使氧化膜的溶解量大，难以得到厚膜，并且其间的微孔变大，排列无序，致密度降低。由于氧化膜的导热能力远小于铝基体，现有的铝活塞硬质氧化方法均不能有效地将阳极氧化反应热导出，实现制备更厚和而致密的氧化膜。

发明内容

本发明活塞顶面硬质阳极氧化方法目的是提供一种在活塞顶面制备高硬度、膜厚而致密的氧化铝膜层的工艺方法。本发明活塞顶面硬质阳极氧化方法的特点在于，利用硬质阳极氧化表面处理脉冲电源设备和复合冷却氧化装置对活塞顶面进行表面处理，在氧化膜与铝活塞交界面处沿铝活塞基体方向形成较大的温度梯度，使氧化反应热垂直于交界面沿铝活塞方向导出，再由循环冷却液带出，在活塞顶面得到致密而高硬度的氧化铝厚膜，复合冷却氧化装置由氧化工作槽1和冷却槽7组成，在其氧化工作槽1的底部装有橡胶密封圈4，橡胶密封圈端盖5，槽内装有阴极板2和阴极电缆6，将活塞3装入橡胶密封圈内，活塞的顶部向上，被氧化的部分与氧化工作槽中的循环电解液接触，橡胶密封圈起着密封和夹持作用，以分离活塞氧化部分和不氧化部分，循环电解液的温度控制在2～4℃，冷却槽7内装有活塞弹性支撑阳极导电装置，由导电顶板8，弹簧9，电缆10，导电坐板11和外接电缆12组成，以加强橡胶密封圈的密封作用和保证活塞在硬质阳极氧化过程中可靠导电，槽内通有无腐蚀性的循环冷却液，其温度控制在-3-0℃，使活塞顶部氧化反应产生的热量向不需氧化的铝活塞基体传递，再与循环冷却液换热，将氧化反应热带出。

采用上述活塞顶面硬质阳极氧化方法进行活塞顶面硬质氧化处理的优点是：

(1)能满足氧化膜生长的散热条件，使氧化膜产生的热流向活塞基体传递，并被冷却液带走，氧化膜的溶解大量减少，成膜效率高，厚而致密，能达到120～150μm，硬度可达450～560HV。

(2)硬质氧化过程中产生的气泡由流动的电解液及时带出，而不需要气体搅拌或其它搅拌系统，电解液的导电性能好，氧化电压较低，电流效率高，有效地降低了气泡对氧化膜形成的不利影响，氧化膜不易烧蚀，稳定可靠，几乎无废品。

(3)可根据活塞不同规格设计氧化工作槽装夹活塞，数量可多可少，易于实现批量化高效率硬质阳极氧化生产。

附图说明：

图1是复合冷却氧化装置的主视示意图。

图2是复合冷却氧化装置的俯视示意图。

图3是活塞顶面氧化膜的扫描电子显微镜微观形貌(2000×)，氧化铝单胞垂直于活塞顶面，成柱状生长，膜层致密。

具体实施方式

本发明结合具体实施例进一步说明如下：

实施例1：Ф105mmZL109发动机活塞顶面硬质阳极氧化方法：

(1)采用硬质阳极氧化表面处理电源设备，将活塞3装入复合冷却氧化装置中对活塞顶面进行硬质阳极氧化表面处理，复合冷却氧化装置由氧化工作槽1和冷却槽7组成。

(2)复合冷却氧化装置中的氧化工作槽槽内装有阴极板2和联接硬质阳极氧化表面处理电源设备的电缆6，槽底的孔中装有橡胶密封圈4，以矩阵方式排列，密封圈4夹持活塞1和起作密封作用，分离活塞氧化部分和不氧化部分；冷却槽7内装有活塞弹性支撑阳极导电装置，包括导电顶板8，弹簧9，电缆10，导电坐板11和外接电缆12，槽内通入无腐蚀性的循环冷却液。