[發明專利]一種提高鋁合金耐腐蝕及抗疲勞性能的方法

有效

• 申請號: 202110402871.6
• 申請日: 2021-04-15
• 公開（公告）號: CN113215634B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 王明濤;李文;曾元松;黃遐;朱彥海
• 申請（專利權）人: 中國航空制造技術研究院
• 主分類號: C25D11/16
• 分類號: C25D11/16;C22F1/04;C23F1/36;C25D11/08;C25D11/18
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本發明涉及一種提高鋁合金耐腐蝕及抗疲勞性能的方法，包括：噴丸強化、確定殘余壓應力層深度、清洗、堿腐蝕、酸洗、陽極氧化、封閉，其中，在確定殘余壓應力層深度的步驟中，基于噴丸強度參數與殘余壓應力層深度的關系，由預設的噴丸強度參數，得到殘余壓應力層深度Ds，在堿腐蝕的步驟中，根據堿腐蝕深度Dc與殘余壓應力層深度Ds之間存在最佳系數Y，確定堿腐蝕深度為Dc＝Y·Ds，根據堿腐蝕深度Dc與堿腐蝕時間t對應關系建立的線性擬合曲線Dc＝f(t)，由殘余壓應力層的深度Ds，計算獲得對應的腐蝕時間。該方法可有效提高鋁合金零件的表面處理性能，提升零件綜合性能，進而提升裝備質量與性能，具有較大經濟及社會效益。

技術領域

本發明涉及鋁合金表面改性技術領域，特別是涉及一種提高鋁合金耐腐蝕及抗疲勞性能的方法。

背景技術

噴丸強化是提高金屬材料疲勞抗力的重要表面強化技術方法，采用合理的噴丸工藝參數能夠達到顯著改善鋁合金等金屬材料抗疲勞性能的目的。噴丸強化是金屬零件在受到高速彈丸的撞擊時，在零件表面產生細微的冷態塑性變形，從而使零件表面的強度和硬度提高，并在表層產生殘余壓應力，它是以提高機械零部件疲勞強度為目標的一種表面處理技術。

鋁合金表面防腐技術主要包括化學氧化、陽極氧化、微弧氧化、鍍硬鉻、化學鍍鎳等，根據不同的使用需求，使用不同的防腐工藝。其中，陽極氧化技術是應用最廣泛和最成功的，也是研究和開發最全面和最深入的技術。

國內外已將噴丸強化以及鋁合金陽極氧化工藝分別進行了研究應用，但針對鋁合金結構材料的防腐蝕、抗疲勞綜合性能的復合表面處理工藝的研究鮮有報導。目前鋁合金陽極氧化工藝對材料力學性能的影響認識不足，相關工藝標準均只規定了膜層表面質量、耐蝕性、膜重、厚度等要求，往往不要求其力學性能。但是隨著航空、汽車、建筑等領域對鋁合金構件的綜合性能要求越來越高，陽極氧化工藝對材料的力學性能特別是疲勞性能的影響也越來越受到人們的關注。

噴丸強化使材料表層產生殘余壓應力層，這對抑制疲勞裂紋萌生和擴展帶來積極作用，但是彈丸撞擊材料產生的微塑性變形增加了表面應力集中系數，這對疲勞性能帶來消極作用，因此合理匹配噴丸強化參數設計對材料疲勞性能至關重要。陽極氧化后鋁合金表面形成氧化膜層的結構是影響材料疲勞性能的一個重要因素，氧化膜層脆而且硬，則氧化膜層與基體的界面處往往存在殘余應力，裂紋擴展速率較快，會降低材料的疲勞性能。

近年，我國已經陸續開展先進航空、航天飛行器的研制，其結構件要求具有長壽命、高可靠性。基于損傷容限設計準則，對航空航天結構材料綜合性能提出了較高要求，明確提出針對鋁合金結構材料的防腐蝕、抗疲勞綜合性能的需求。與之相關的噴丸強化以及陽極氧化的復合表面處理技術的研究少見，現有技術中噴丸強化及陽極化工藝參數設計分開考慮，噴丸強化后為了提高抗腐蝕性能而進行的陽極氧化工藝往往降低材料疲勞性能。現有陽極氧化前需要進行堿腐蝕，這是為了將鋁合金表面自然生成的氧化膜腐蝕掉，裸露出金屬基體，保證陽極氧化成膜效果，從而提升耐蝕性。由于堿腐蝕使得鋁合金表面被去掉一定深度，而對上道工序噴丸強化的效果造成影響，從而削弱噴丸強化對鋁合金疲勞性能的提升效果。

目前，現有技術尚不能建立起噴丸強化參數與陽極氧化前處理參數參數之間的協同匹配關系，從而保證耐蝕性和抗疲勞性達到最優值。本申請擬將噴丸強化及陽極氧化二者關鍵工藝參數控制建立關聯，提出一種精確控制疲勞性能和抗腐蝕性能最佳匹配的復合表面處理方法。

因此，發明人提供了一種提高鋁合金耐腐蝕及抗疲勞性能的方法。

發明內容

(1)要解決的技術問題

本發明實施例提供了一種提高鋁合金耐腐蝕及抗疲勞性能的方法，針對鋁合金表面改性處理，在同時采納噴丸強化和陽極氧化的不同表面處理技術時，如何建立起噴丸強化參數與陽極氧化前處理參數之間的協同匹配關系，從而保證耐蝕性和抗疲勞性達到最優值的技術問題。

(2)技術方案