用于双筒结构TC6钛合金内腔表面强化装置及强化工艺

技术领域

本发明涉及金属材料表面处理技术领域，具体为用于双筒结构TC6钛合金内腔表面强化装置及强化工艺。

背景技术

在很多伺服液压设备中，许多液压缸的筒体采用TC6钛合金材料，在结构上，筒体和活塞之间有相对运动，对于筒体零件内活塞杆作用面，为钛合金表面，耐磨性较差，极易磨损，因此需对钛合金表面进行强化处理。

在产品工作环境上，根据产品伺服控制功能要求，作动筒装置负载90kN，长期工作温度：-55℃～+215℃，短时工作温度达250℃，作动筒活塞的移动速度≥180mm/s，作动筒内承受供油压力高达22MPa，因此在这种高温、高压、高冲击等恶劣的环境下，材料的疲劳、磨损等对材料的表面结构、状态和性能极为敏感，很容易出现损坏，影响使用寿命，而钛合金材料表面需有高光度(Ra0.32)、高耐磨(不超过基体磨损的1/5)的要求，为了达到这一要求，提升工件使用寿命，本发明提供一种用于双筒结构TC6钛合金内腔表面强化装置及强化工艺。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明公开了用于双筒结构TC6钛合金内腔表面强化装置及强化工艺，以解决上述背景技术中提出的在高温、高压、高冲击等恶劣的环境下，材料的疲劳、磨损等对材料的表面结构、状态和性能极容易出现损坏，影响使用寿命问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：用于双筒结构TC钛合金内腔表面强化装置及强化工艺，包括；

支撑架和放置在支撑架内部的阳极零件；

金属顶盖，所述金属顶盖安装在支撑架的顶部，且金属顶盖与阳极零件相接触；

金属底盖，所述金属底盖固定在支撑架的底部，且金属底盖的上表面固定连接有阴极棒，所述阴极棒活动插接在阳极零件的内部；

所述金属顶盖的顶部固定安装有出水管，所述金属底盖的底部固定安装有进水管，所述出水管的另一端安装有冷凝器，所述进水管的另一端安装有储水箱，所述储水箱的一端与冷凝器内部相连通，所述储水箱的另一端安装有曝气气泵。

优选的，所述金属底盖的上表面安装有绝缘硅胶垫片，所述阳极零件的底端挤压在绝缘硅胶垫片的上表面，所述阴极棒贯穿绝缘硅胶垫片，且阴极棒与阳极零件的内壁不接触。

优选的，所述阳极零件的顶端开口与出水管相连通，所述阳极零件的底端开口与进水管相连通，所述进水管与储水箱之间安装有循环水泵。

优选的，所述金属底盖的侧面安装有电源负极接电杆，所述金属顶盖的顶部安装有电源正极接电杆。

优选的，所述支撑架为绝缘材质，所述金属顶盖的两侧底部固定焊接有固定环，所述支撑架的两侧顶部均固定安装有锁扣，所述固定环活动卡接在锁扣的内部。

优选的，所述用于双筒结构TC6钛合金内腔表面强化工艺，包括微弧氧化、珩磨等步骤，不同的是，本工艺采用的微弧氧化槽液体系中添加一种能提高膜层、降低表面粗糙度的添加剂，且电源采用脉冲电源并结合珩磨的后续加工方式，微弧氧化过程采用的基础电流密度为6.4A/dm2，槽液温度为(15-20)℃，微弧氧化时间包括缓启时间10min，氧化总时间(80-90)min及缓降时间1min，缓启时间是从零件电流密度从0升至基础电流密度所用时间，缓降时间是从氧化电流密度降至0所需的时间，占空比为50％，脉冲频率为50HZ，微弧氧化过程包括溶液在内腔循环冷却的步骤；

通过在铝酸盐-磷酸盐复合体系中不断调整槽液配方和工艺参数，并添加一种提高厚度及表面光度的添加剂，分三个阶段进行试验：工艺参数摸索阶段，优化工艺参数后试验验证阶段，正式加工产品零件阶段，得出适合双筒结构TC6钛合金内腔表面强化工艺；

从改变工艺方法进行试验，包括槽液配方、电源形式，槽液温度，氧化时间，添加剂用量等方面，通过多次验证试验，TC6钛合金双筒结构内腔表面强化磨损率是基体磨损失率的1/6，且通过添加剂的加入，提高了膜层的厚度，为后续珩磨提供了基础磨量，同时提高钛合金微弧氧化后表面光度。

本发明公开了用于双筒结构TC6钛合金内腔表面强化装置及强化工艺，其具备的有益效果如下：

1、该用于双筒结构TC6钛合金内腔表面强化装置及强化工艺，该双筒结构TC6钛合金内腔表面强化工艺，采用槽液作为介质，同时对槽液配方、槽液温度、电流密度、氧化时间，添加剂用量等进行多次试验，最终得出最佳组合效果，实现在阳极零件内部进行不间断的微弧氧化，使得TC6钛合金双筒结构内腔表面强化磨损率是基体磨损失率的1/6，且通过添加剂的加入，提高了膜层的厚度，为后续珩磨提供了基础磨量，同时提高钛合金微弧氧化后表面光度，使得工件使用寿命能够得到显著提升。

2、该用于双筒结构TC6钛合金内腔表面强化装置及强化工艺，通过启动循环水泵，然后将外置电源的正负极分别与电源正极接电杆和电源负极接电杆进行连接，此时储水箱内部的液体向上流经工件内腔，一方面实现阴极棒与阳极零件电性连接，另一方面液体不断向上循环流出，然后进入到冷凝器内部冷凝，然后循环至储水箱内部，同时曝气气泵向内部曝气，使得水体混合，使得储水箱内部的水温度均匀，实现对阳极零件内部的降温。

附图说明

图1为本发明强化装置正面结构示意图；

图2为本发明强化装置背面结构示意图；

图3为本发明强化装置内部结构剖视图；

图4为本发明该工艺过程中电流密度随时间变化线性图；

图5为本发明强化工艺流程图。

图中：1、支撑架；2、阳极零件；3、储水箱；4、曝气气泵；5、冷凝器；6、循环水泵；7、进水管；8、金属顶盖；9、绝缘硅胶垫片；10、电源正极接电杆；11、出水管；12、阴极棒；13、锁扣；14、金属底盖；15、电源负极接电杆。

具体实施方式

本发明实施例公开用于双筒结构TC6钛合金内腔表面强化装置及强化工艺，如图1-5所示，包括；

支撑架1和放置在支撑架1内部的阳极零件2；

金属顶盖8，金属顶盖8安装在支撑架1的顶部，且金属顶盖8与阳极零件2相接触；

金属底盖14，金属底盖14固定在支撑架1的底部，且金属底盖14的上表面固定连接有阴极棒12，阴极棒12活动插接在阳极零件2的内部；

金属顶盖8的顶部固定安装有出水管11，金属底盖14的底部固定安装有进水管7，出水管11的另一端安装有冷凝器5，进水管7的另一端安装有储水箱3，储水箱3的一端与冷凝器5内部相连通，储水箱3的另一端安装有曝气气泵4，曝气气泵4主要用于向内部曝气，使得内部水体混合，保持温度均匀。

用于双筒结构TC6钛合金内腔表面强化工艺，包括微弧氧化、珩磨等步骤，具体加工工艺流程参见图5，不同的是，本工艺采用的微弧氧化槽液体系中添加一种能提高膜层、降低表面粗糙度的添加剂，且电源采用脉冲电源并结合珩磨的后续加工方式，微弧氧化过程所采用的电源方式，参见图4，采用的基础电流密度为6.4A/dm2，槽液温度为(15-20)℃，微弧氧化时间包括缓启时间10min，氧化总时间(80-90)min及缓降时间1min，缓启时间是从零件电流密度从0升至基础电流密度所用时间，缓降时间是从氧化电流密度降至0所需的时间，占空比为50％，脉冲频率为50HZ，微弧氧化过程包括溶液在内腔循环冷却的步骤；

通过在铝酸盐-磷酸盐复合体系中不断调整槽液配方和工艺参数，并添加一种提高厚度及表面光度的添加剂，分三个阶段进行试验：工艺参数摸索阶段，优化工艺参数后试验验证阶段，正式加工产品零件阶段，得出适合双筒结构TC6钛合金内腔表面强化工艺；

从改变工艺方法进行试验，包括槽液配方、电源形式，槽液温度，氧化时间，添加剂用量等方面，通过多次验证试验，TC6钛合金双筒结构内腔表面强化磨损率是基体磨损失率的1/6，且通过添加剂的加入，提高了膜层的厚度，为后续珩磨提供了基础磨量，同时提高钛合金微弧氧化后表面光度。

金属底盖14的上表面安装有绝缘硅胶垫片9，阳极零件2的底端挤压在绝缘硅胶垫片9的上表面，阴极棒12贯穿绝缘硅胶垫片9，且阴极棒12与阳极零件2的内壁不接触。

阳极零件2的顶端开口与出水管11相连通，阳极零件2的底端开口与进水管7相连通，进水管7与储水箱3之间安装有循环水泵6。

金属底盖14的侧面安装有电源负极接电杆15，金属顶盖8的顶部安装有电源正极接电杆10。

支撑架1为绝缘材质，金属顶盖8的两侧底部固定焊接有固定环，支撑架1的两侧顶部均固定安装有锁扣13，固定环活动卡接在锁扣13的内部。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，并通过实施例的方式，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例一、

如图1-5所示用于双筒结构TC6钛合金内腔表面强化装置包括；

支撑架1和放置在支撑架1内部的阳极零件2；

金属顶盖8，金属顶盖8安装在支撑架1的顶部，且金属顶盖8与阳极零件2相接触；

金属底盖14，金属底盖14固定在支撑架1的底部，且金属底盖14的上表面固定连接有阴极棒12，阴极棒12活动插接在阳极零件2的内部；

金属顶盖8的顶部固定安装有出水管11，金属底盖14的底部固定安装有进水管7，出水管11的另一端安装有冷凝器5，进水管7的另一端安装有储水箱3，储水箱3的一端与冷凝器5内部相连通，储水箱3的另一端安装有曝气气泵4。

金属底盖14的上表面安装有绝缘硅胶垫片9，阳极零件2的底端挤压在绝缘硅胶垫片9的上表面，阴极棒12贯穿绝缘硅胶垫片9，且阴极棒12与阳极零件2的内壁不接触。

阳极零件2的顶端开口与出水管11相连通，阳极零件2的底端开口与进水管7相连通，进水管7与储水箱3之间安装有循环水泵6。

金属底盖14的侧面安装有电源负极接电杆15，金属顶盖8的顶部安装有电源正极接电杆10。

支撑架1为绝缘材质，金属顶盖8的两侧底部固定焊接有固定环，支撑架1的两侧顶部均固定安装有锁扣13，固定环活动卡接在锁扣13的内部。

该用于双筒结构TC6钛合金内腔表面强化装置在使用时，通过将阳极零件2放置到支撑架1内部，并使得阴极棒12插入到阳极零件2的内部开孔中，且需要注意阴极棒12与阳极零件2的内壁不接触，然后将金属顶盖8通过锁扣13固定在支撑架1顶部，使得金属顶盖8对阳极零件2顶部进行固定密封的同时，实现电性连接；

此时通过启动循环水泵6，然后将外置电源的正负极分别与电源正极接电杆10和电源负极接电杆15进行连接，此时储水箱3内部的液体向上流经工件内腔，一方面实现阴极棒12与阳极零件2电性连接，另一方面液体不断向上循环流出，然后进入到冷凝器5内部冷凝，然后循环至储水箱3内部，同时曝气气泵4向内部曝气，使得水体混合，使得储水箱3内部的水温度均匀，实现对阳极零件2内部进行微弧氧化的过程中，对槽液进行降温。

实施例二、

如图1-5所示用于双筒结构TC6钛合金内腔表面强化工艺，包括；

微弧氧化、珩磨等步骤，具体加工工艺流程参见图5，不同的是，本工艺采用的微弧氧化槽液体系中添加一种能提高膜层、降低表面粗糙度的添加剂，且电源采用脉冲电源并结合珩磨的后续加工方式，微弧氧化过程所采用的电源方式，参见图4，采用的基础电流密度为6.4A/dm2，槽液温度为(15-20)℃，微弧氧化时间包括缓启时间10min，氧化总时间(80-90)min及缓降时间1min，缓启时间是从零件电流密度从0升至基础电流密度所用时间，缓降时间是从氧化电流密度降至0所需的时间，占空比为50％，脉冲频率为50HZ，微弧氧化过程包括溶液在内腔循环冷却的步骤；

通过在铝酸盐-磷酸盐复合体系中不断调整槽液配方和工艺参数，并添加一种提高厚度及表面光度的添加剂，分三个阶段进行试验：工艺参数摸索阶段，优化工艺参数后试验验证阶段，正式加工产品零件阶段，得出适合双筒结构TC6钛合金内腔表面强化工艺；

从改变工艺方法进行试验，包括槽液配方、电源形式，槽液温度，氧化时间，添加剂用量等方面，试验数据如下表；

通过多次验证试验，TC6钛合金双筒结构内腔表面强化磨损率是基体磨损失率的1/6，且通过添加剂的加入，提高了膜层的厚度，为后续珩磨提供了基础磨量，同时提高钛合金微弧氧化后表面光度

该双筒结构TC6钛合金内腔表面强化工艺，采用槽液作为介质，同时对槽液配方、槽液温度、电流密度、氧化时间，添加剂用量等进行多次试验，最终得出最佳组合效果，实现在阳极零件2内部进行不间断的微弧氧化，使得TC6钛合金双筒结构内腔表面强化磨损率是基体磨损失率的1/6，且通过添加剂的加入，提高了膜层的厚度，为后续珩磨提供了基础磨量，同时提高钛合金微弧氧化后表面光度，使得工件使用寿命能够得到显著提升。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。