一种硬质阳极氧化铝合金作为真空可变电容丝杆的应用

技术领域

本发明涉及真空可变电容丝杆，具体地，涉及一种硬质阳极氧化铝合金作为真空可变电容丝杆的应用。

背景技术

现有可变真空电容在广播通讯设备、半导体制造设备、高频工业设备、医疗器械、高能物理、电力设备中应用其精度和寿命要求不高，但随着现代科技的高速发展，需求可变真空电容器有更高的精度和寿命要求。在目前常用的可变真空电容结构中，旋转电极由丝杆(三角型螺纹或T型螺纹)连接，进行电容调节。

目前市场上使用的真空可变电容器丝杆材质主要为不锈钢，存在如下问题：

（1）不锈钢带有微磁性，在射频环境下，可以产生 3~30℃额外的温升，从而导致润滑油易干，失去润滑性，降低真空可变电容寿命；

（2）不锈钢丝杆表面硬度为HRC 25 ~ 30，相对较低，耐磨性差；

（3）不锈钢丝杆运转200万圈时，扭力值变大，需要重新上润滑脂，维保周期偏短。

发明内容

针对上述真空可变电容器不锈钢丝杆存在耐磨性差、因温升导致产品寿命降低及润滑脂的维保周期短的问题，本发明提供了一种硬质阳极氧化铝合金作为真空可变电容丝杆的应用，使用铝合金作为丝杆的基底，在其表面进行硬质阳极氧化处理，在丝杆表面形成氧化层，在确保真空可变电容器本身性能的前提下，提升了丝杆的耐磨性，不会产生额外温升，且在运转200万圈时，扭力值基本无变化。

为了实现上述目的，本发明提供一种硬质阳极氧化铝合金作为真空可变电容丝杆的应用，所述真空可变电容丝杆包括铝合金丝杆基材和形成于丝杆表面的硬质阳极氧化层。

硬质阳极氧化层的表面硬度 HV470，约等于HRC 35 ~40，相比不锈钢硬度HRC 25~ 30较高，提升了丝杆的耐磨性；

在射频环境下，硬质阳极氧化铝合金真空可变电容丝杆的自热性相对不锈钢而言较小，不会产生额外温升，从而不易造成润滑油变干，有利于延长产品维保周期及使用寿命；

用不锈钢丝杆，在运转200万圈时扭力值变大，因此需要重新上润滑油；使用铝合金+硬质阳极氧化工艺，由于氧化层表面都有微裂纹有3~10um（如图2所示），可以储存油脂，故铝丝杆在运转200万圈时，扭力值基本无变化，到500万圈后扭力值变大，从而需要上润滑脂，因此铝合金+硬质阳极氧化丝杆，延长了维保周期；

硬质阳极氧化铝合金真空可变电容丝杆的热膨胀系数虽然相对不锈钢而言略高一些，但从结果测试看，其对对容值的实际影响小于0.1%，与之前的不锈钢材质相比，基本一致，故材质的改变不影响真空可变电容器的最终容值。

具体地，形成所述硬质阳极氧化层的氧化液为浓度为84~165g/L的H

优选地，在对所述铝合金丝杆基材进行硬质阳极氧化前依次进行如下前处理：脱脂、一次水洗、碱洗、中和、二次水洗。

目的是除去机加工等前工序的表面油污及切削液等，以及除去其他合金杂质。

具体地，所述脱脂的工艺为：在40~50℃浓度为25~40g/L的Oakite 61B溶液中脱脂500~600s。以溶解并有效去除铝合金表面油脂及残留切削液。

具体地，所述一次水洗和二次水洗的工艺为：在电阻率≥2MΩ的纯水中清洗150~200s。以去除铝合金表面脱脂液及碱液的残留。

具体地，所述碱洗的工艺为：在40~50℃的碱液中清洗200~300s，碱液可以是NaOH、KOH等，浓度为2~15g/L；所述中和的工艺为：在酸液中清洗200~300s。

碱液的作用：进一步还有除油、除其他合金杂质等作用。

酸液的作用：铝合金和铝所含的其他合金如铜铁锰等化合物无法用碱蚀去除，残留在铝件表面有一层灰黑色的膜，使用硝酸去除。

优选地，在对所述铝合金丝杆基材进行硬质阳极氧化后依次进行如下后处理：三次水洗、封孔和烘干。

目的是彻底去除铝合金表面酸碱等化学液的残留。

具体地，所述三次水洗的工艺为：在电阻率≥2MΩ的纯水中清洗150~200s。

具体地，所述封孔的工艺为：在温度为92~99℃，pH为5.0~5.9，电阻率≥6MΩ的纯水中封孔1~2h。

通过电阻率达标的纯水浸泡冲洗，有效去除铝合金表面的酸碱及附着表面的杂质残留。

用近似沸水，将氧化膜的微孔固定，使氧化铝生成水合氧化铝，从而使氧化膜失去活性。

通过上述技术方案，本发明实现了以下有益效果：

本发明使用铝合金作为真空可变电容丝杆的基底，在其表面进行硬质阳极氧化处理，形成氧化层，在确保真空可变电容器本身容值的前提下，提升了丝杆的耐磨性，不会产生额外温升，从而不易造成润滑油变干，有利于延长产品维保周期及使用寿命，且在运转200万圈时，扭力值基本无变化，延长了维保周期。

附图说明

图1是本发明实施例中硬质阳极氧化铝合金真空可变电容丝杆的制备工艺流程图；

图2是氧化层表面微裂纹检测图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

实施例1

如图1所示，硬质阳极氧化铝合金真空可变电容丝杆的制备工艺如下：

（1）前处理：

用百洁布对铝合金真空可变电容丝杆进行打磨后，将其置于50℃浓度为25g/L的Oakite 61B溶液中脱脂500s，然后在电阻率≥2MΩ的纯水中清洗150s，再在50℃浓度为2g/L的NaOH溶液中清洗300s，之后在硝酸溶液中清洗中和300s，然后在电阻率≥2MΩ的纯水中清洗150s。

（2）硬质阳极氧化

将前处理后的丝杆在-5℃浓度为165g/L的H

（3）后处理

将硬质阳极氧化后的丝杆在电阻率≥2MΩ的纯水中清洗150s，然后在温度为92~95℃，pH为5.0~5.9，电阻率≥6MΩ的纯水中封孔1h，最后在90~95℃中烘干2h。

实施例2

如图1所示，硬质阳极氧化铝合金真空可变电容丝杆的制备工艺如下：

（1）前处理：

用百洁布对铝合金真空可变电容丝杆进行打磨后，将其置于40℃浓度为40g/L的Oakite 61B溶液中脱脂600s，然后在电阻率≥2MΩ的纯水中清洗200s，再在50℃浓度为15g/L的NaOH溶液中清洗200s，之后在硝酸溶液中清洗中和200s，然后在电阻率≥2MΩ的纯水中清洗200s。

（2）硬质阳极氧化

将前处理后的丝杆在5℃浓度为84g/L的H

（3）后处理

将硬质阳极氧化后的丝杆在电阻率≥2MΩ的纯水中清洗150s，然后在温度为95~99℃，pH为5.0~5.9，电阻率≥6MΩ的纯水中封孔2h，最后在90~95℃中烘干3h。

实施例3

如图1所示，硬质阳极氧化铝合金真空可变电容丝杆的制备工艺如下：

（1）前处理：

用百洁布对铝合金真空可变电容丝杆进行打磨后，将其置于45℃浓度为35g/L的Oakite 61B溶液中脱脂550s，然后在电阻率≥2MΩ的纯水中清洗180s，再在45℃浓度为8g/L的NaOH溶液中清洗250s，之后在硝酸溶液中清洗中和250s，然后在电阻率≥2MΩ的纯水中清洗180s。

（2）硬质阳极氧化

将前处理后的丝杆在0℃浓度为120g/L的H

（3）后处理

将硬质阳极氧化后的丝杆在电阻率≥2MΩ的纯水中清洗180s，然后在温度为95~99℃，pH为5.0~5.9，电阻率≥6MΩ的纯水中封孔1.5h，最后在90~95℃中烘干2.5h。

性能测试

对实施例1~实施例3制得的真空可变电容螺杆和传统不锈钢材质的真空可变电容螺杆进行硬度、射频环境下温升自热性能、运转200万圈和500万圈时扭力值以及真空可变电容值，测试结果如下所示。

表1 表面硬度测试结果

从表1可以看出，实施例硬质阳极氧化铝合金真空可变电容丝杆的表面硬度HV470，约等于HRC 35 ~40，相比不锈钢硬度HRC 25~30较高，耐磨性也更高。

表2 扭力值及真空可变电容值测试结果

在射频环境下（即电容工作状态下），采用实施例硬质阳极氧化铝合金作为真空可变电容丝杆，其自热性相对不锈钢而言较小，运转200万圈也没有造成润滑油变干，可见其没有产生额外温升，从表2可以看出，用不锈钢丝杆，在运转200万圈时扭力值变大，因此需要重新上润滑油，以确保真空可变电容器的正常工作；而使用实施例硬质阳极氧化铝合金真空可变电容丝杆，由于氧化层表面都有微裂纹有3~10um（如图2所示），可以储存油脂，故铝丝杆在运转200万圈时，扭力值基本无变化，到500万圈后扭力值才有些许变化，有利于延长产品维保周期及使用寿命。

采用实施例硬质阳极氧化铝合金作为真空可变电容丝杆，与不锈钢丝杆相比，真空可变电容器的电容值基本一致，故材质的改变没有影响最终容值。

以上结合实施例详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。