鋁合金微弧氧化工藝手藝 及工業(yè)運(yùn)用

微弧氧化或微等離子體外觀陶瓷化手藝 ，是指在通俗 陽(yáng)極氧化的根蒂根基 上，操縱弧光放電加強(qiáng) 并激活在陽(yáng)極上發(fā)生的反映，從而在以鋁、鈦、鎂金屬及其合金為材料的工件外觀構(gòu)成 優(yōu)良 的強(qiáng)化陶瓷膜的方式 ，是經(jīng)由過(guò)程 用專用的微弧氧化電源在工件上施加電壓，使工件外觀的金屬與電解質(zhì)溶液彼此感化 ，在工件外觀構(gòu)成 微弧放電，在高溫、電場(chǎng)等身分 的感化 下，金屬外觀構(gòu)成 陶瓷膜，到達(dá) 工件外觀強(qiáng)化的目標(biāo) 。

1、 微弧氧化合用 范疇

　　微弧氧化手藝 普遍 利用于航天、航空、火器 、機(jī)械、汽車、交通、石油化工、紡織、印刷，煙機(jī)，電子、輕工、醫(yī)療等行業(yè)。如：鋁合金加工成的子母導(dǎo)彈推動(dòng) 器、炮彈的彈底、內(nèi)燃機(jī)中的活塞、氣動(dòng)元件中的氣缸和閥芯、風(fēng)開工 具中氣缸、紡織機(jī)械中導(dǎo)紗輪和紡杯、印刷機(jī)中搓紙輥和印刷輥等。鎂合金的汽車發(fā)念頭 罩蓋和箱體、踏板、偏向 盤和座椅，3C產(chǎn)物 的殼體等。鈦合金的艦船潛艇中防腐部件、石油化工及醫(yī)藥工業(yè)中的耐腐容器及裝備 等。還可利用于零部件的外觀修復(fù)。

　　微弧氧化法起首 是在鋁的外觀生成一層薄薄的氧化鋁。因?yàn)?氧化鋁不平均 ，在某些微弱 的環(huán)節(jié)，會(huì)被幾百伏的高壓擊穿，擊穿的這一區(qū)域內(nèi)溫度突然 增高，將液體氣化，構(gòu)成 一個(gè)剎時(shí) 的高溫高壓等離子區(qū)。

　　鋁在等離子區(qū)這個(gè)特別的情況 中依然 循序漸進(jìn) 地與氧連系 。但生成的氧化鋁份子 不再是東一個(gè)，西一個(gè)，隨便 地在空間搶占本身 的位置了。每一個(gè) 氧化鋁份子 都被放置 好了本身 的位置，各個(gè)份子 對(duì)號(hào)入坐 ，構(gòu)成 了有序的空間構(gòu)造 。

　　在這個(gè)小區(qū)域內(nèi)，從頭生成的氧化鋁，要比本來(lái) 的氧化鋁厚。因而 ，高壓就會(huì)在其他更薄的處所 擊穿，發(fā)生溝通 的反映。最后全部 零件被這層氧化膜包裹得嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)。用顯微鏡窺察氧化膜與鋁的交壤處，是呈鋸齒狀的。這申明 氧化層已滲入到鋁中，就像從鋁材上“長(zhǎng)”出來(lái)的—樣。

　　微弧氧化陶瓷層主要手藝 指標(biāo)特點(diǎn)：

(1)高硬度、高耐磨：顯微硬度800～2500HV。

　　(2)耐侵蝕 ；鹽霧實(shí)行 耐1000h以上。

　　(3)耐高溫：可耐2500℃高溫(2500℃高溫沖擊20s后，即便 根基 融化 ，陶瓷層仍無(wú)缺 )。

　　(4)結(jié)協(xié)力 強(qiáng)：與基體結(jié)協(xié)力 達(dá)250～300MPa。

　　(5)柔韌性強(qiáng)：陶瓷層厚30m的鋁片曲折 成30度角，陶瓷層無(wú)缺 無(wú)損；陶瓷層厚100m的鋁片曲折 斷裂后，陶瓷層不開裂、不脫落。

　　(6)絕緣性好。

　　(7)膜層最厚可達(dá)200～300μm。

　　(8)拋光后外觀粗拙 度低：Ra1.6～1.8μm更低。

　　2024合金微弧氧化機(jī)能 參數(shù)見(jiàn)表5—5—39。

表5—5—392024鋁合金微弧氧化后所得膜層的機(jī)能 參數(shù)表

性 能

微弧氧化膜層

顯微硬度(HV)

孔隙相對(duì)面積/%

5%鹽霧實(shí)驗(yàn) /h

最年夜 厚度/μm

柔韌性

涂膜平均 性、致密度

操作溫度

處置效力

處置工序

膜層的微觀構(gòu)造

對(duì)材料的順應(yīng) 性

1500～2000

0～40

5×105

50～250

好

表里 外觀平均 、致密

常溫

10～30 min(50μm)

去油——微弧氧化——精磨

可以很利便地調(diào)劑 (含μ-Al2O3、γ- Al2O3、α—AlO(OH)等組織)

較寬：除鋁合金(含鋁基復(fù)合材料)外，它還能在Ti、Mg、Zr、Ta、Nb等

金屬及其合金外觀生成陶瓷層

5.5.2微弧氧化的工藝

1)微弧氧化的工藝特點(diǎn)

(1)無(wú)污染。工件除油污不必 酸、堿；槽液相符 生態(tài)情況 尺度 ；微弧氧化中只放出氫氣、氧氣。工藝進(jìn)程 中無(wú)任何污染，屬環(huán)保型外觀處置手藝 。

(2)工序簡(jiǎn)單。工件除油污后便可 人槽進(jìn)行微弧氧化，出槽經(jīng)水洗便可 利用 ，不必 其他后處置工序。即僅三道工序：①清洗油污；②微弧氧化；③水洗。

　　(3)陶瓷層可做成多種色彩 ，且著色固定。

　　(4)處置輕金屬合金籠蓋 面廣。好比 一樣 能對(duì)陽(yáng)極氧化難以處置的鋁－銅、鋁－硅合金進(jìn)行微弧氧化處置，且光彩 美觀。

(5)陶瓷化處置的零部件利用 壽命長(zhǎng)。

(6)微弧氧化手藝 今朝 仍存在一些不足的地方 ，如工藝參數(shù)和配套裝備 的研究需進(jìn)一步完美 ；微弧氧化陶瓷膜層的檢測(cè)還沒(méi)有 專門尺度 ，可采取 鋁常規(guī)陽(yáng)極氧化膜層機(jī)能 的檢測(cè)尺度 。

(7)氧化電壓較常規(guī)鋁陽(yáng)極氧化電壓高很多 ，操作時(shí)要要做好平安 珍愛(ài) 辦法 。

(8)電解液溫度上升較快，需配備較年夜 容量的制冷和熱交攙裝備 。

　　(9)出產(chǎn)結(jié)果 ：耗電量0.05～0.1kW·h/μm·dm2，溶液利用 周期4～20h/m3，氧化膜發(fā)展 速度 50～150μm/h，加工面積約2m2/100kW。

　　2)微弧氧化的工藝流程

鋁及鋁合金材料的微弧氧化主要包羅鋁基材料的前處置、微弧氧化、后處置三部份 。其工藝流程以下 ：

鋁基工件→化學(xué)除油→清洗→微弧氧化→清洗→后處置→制品 檢修。

3)微弧氧化電解液構(gòu)成 及工藝前提 (成份 舉例見(jiàn)表5—5—40)

例1電解液構(gòu)成 ：K2Si035～10g/L，Na2O24～6g/L，NaF0.5～1g/L，CH3COONa2～3g/L，Na3VO3 1～3g/L；溶液pH為11～13；溫度為20～50℃；陰極材料為不銹鋼板；電解方式為先將電壓敏捷 上升至300V，并連結(jié) 5～10s、然后將陽(yáng)極氧化電壓上升至450V，電解5～10min。

例2兩步電解法，第一步：將鋁基工件在200g/L的K2O·nSi02(鉀水玻璃)水溶液中以1A/dm2的陽(yáng)極電流氧化5min；第二步：將經(jīng)第一步微弧氧化后的鋁基工件水洗后在70g/L的Na3P207水溶液中以1A/dm2的陽(yáng)極電流氧化15min。陰極材料為：不銹鋼板；溶液溫度為20～50℃。

表5—5—40代表性的微弧氧化溶液的成份 表/g·L-1

成份

氫氧化鈉

硅酸鈉

鋁酸鈉

六偏磷酸鈉

磷酸三鈉

硼酸

l

2

3

4

5

2.5

1.5～2.5

2.5

7～ll

10

3

3

35

25

10

7

10.5

3、 影響鋁合金微弧氧化的主要身分

(1)鋁合金材料及外觀狀況 的影響微弧氧化手藝 對(duì)鋁基工件的合金成份 要求不高，對(duì)一些通俗 陽(yáng)極氧化難以處置的鋁合金材料，如含銅、高硅鑄鋁合金的都可 進(jìn)行微弧氧化處置。對(duì)工件外觀狀況 也要求不高，一般不需進(jìn)行外觀拋光處置。對(duì) 粗拙 度較高的工件，經(jīng)微弧氧化處置后外觀獲得 修復(fù)變得更平均 平整；而對(duì) 粗拙 度較低的工件，經(jīng)微弧氧化后，外觀粗拙 度有所提高。

(2)電解質(zhì)溶液及其組分的影響微弧氧化電解液是獲到及格 膜層的手藝 環(huán)節(jié)。分歧 的電解液成份 及氧化工藝參數(shù)，所得膜層的性質(zhì)也分歧 。微弧氧化電解液多采取 含有必然 金屬或非金屬氧化物堿性鹽溶液(如硅酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽等)，其在溶液中的存在情勢(shì) 最好是膠體狀況 。溶液的pH規(guī)模一般在9～13之間。憑據(jù) 膜層性質(zhì)的需要，可添加一些有機(jī)或無(wú)機(jī)鹽類作為輔助添加劑。在溝通 的微弧電解電壓下，電解質(zhì)濃度越年夜 ，成膜速度就越快，溶液溫度上升越慢，反之，成膜速度較慢，溶液溫度上升較快。

(3)氧化電壓及電流密度的影響微弧氧化電壓和電流密度的節(jié)制 對(duì)獲得 及格 膜層一樣 相當(dāng) 主要 。分歧 的鋁基材料和分歧 的氧化電解液，具有分歧 的微弧放電擊穿電壓(擊穿電壓：工件外觀方才 發(fā)生 微弧放電的電解電壓)，微弧氧化電壓一般節(jié)制 在年夜 于擊穿電壓幾十至上百伏的前提 進(jìn)行。氧化電壓分歧 ，所構(gòu)成 的陶瓷膜機(jī)能 、外觀狀況 和膜厚分歧 ，憑據(jù) 對(duì)膜層機(jī)能 的要乞降 分歧 的工藝前提 ，微弧氧化電壓可在200～600V規(guī)模內(nèi)轉(zhuǎn)變 。微弧氧化可采取 節(jié)制 電壓法或節(jié)制 電流法進(jìn)行，節(jié)制 電壓進(jìn)行微弧氧化時(shí)，電壓值一般分段節(jié)制 ，即先在必然 的陽(yáng)極電壓下使鋁基外觀構(gòu)成 必然 厚度的絕緣氧化膜層；然后增添 電壓至必然 值進(jìn)行微弧氧化。當(dāng)微弧氧化電壓方才 到達(dá) 節(jié)制 值時(shí)，經(jīng)由過(guò)程 的氧化電流一般都較年夜 ，可達(dá)10A/dm2擺布，跟著 氧化時(shí)候 的耽誤 ，陶瓷氧化膜絡(luò)續(xù)構(gòu)成 與完美 ，氧化電流逐步 減小，最后小于1A/dm2。氧化電壓的波形對(duì)膜層機(jī)能 有必然 影響，可采取 直流、鋸齒或方波等電壓波形。采取 節(jié)制 電流法較節(jié)制 電壓法工藝操作上更加 利便，節(jié)制 電流法的電流密度通常是 2～8A/dm2。節(jié)制 電流氧化時(shí)，氧化電壓起頭上升較快，到達(dá) 微弧放電時(shí)，電壓上升遲緩 ，跟著 膜的構(gòu)成 ，氧化電壓又較快上升，最后保持 在一較高的電解電壓下。

(4)溫度與攪拌的影響與常規(guī)的鋁陽(yáng)極氧化分歧 ，微弧氧化電解液的溫度許可規(guī)模較寬，可在10～90℃前提 下進(jìn)行。溫度越高，工件與溶液界面的水氣化越利害 ，膜的構(gòu)成 速度越快，但其粗拙 度也隨之增添 。同時(shí)溫度越高，電解液蒸發(fā)也越快，所以微弧氧化電解液的溫度一般節(jié)制 在20～60℃規(guī)模。因?yàn)?微弧氧化的年夜 部份 能量以熱能的情勢(shì) 釋放，其氧化液的溫度上升較常規(guī)鋁陽(yáng)極氧化快，故微弧氧化進(jìn)程 須配備容量較年夜 的熱交流 制冷系統(tǒng)以節(jié)制 槽液溫度。固然 微弧氧化進(jìn)程 工件外觀豐年 夜 量氣體析出，對(duì)電解液有必然 的攪拌感化 ，但為包管 氧化溫度和系統(tǒng) 組分的均一，一般都配備機(jī)械裝配 或緊縮 空氣對(duì)電解液進(jìn)行攪拌。

(5)微弧氧化時(shí)候 的影響微弧氧化時(shí)候 一般節(jié)制 在10～60min。氧化時(shí)候 越長(zhǎng)，膜的致密性越好，但其粗拙 度也增添 。

(6)陰極材料微弧氧化的陰極材料采取 不溶性金屬材料。因?yàn)?微弧氧化電解液多為堿性液，故陰極材料可采取 碳鋼，不銹鋼或鎳。其方式可采取 吊掛 或以上述材料建造 的電解槽作為陰極。

(7)膜層的后處置鋁基工件經(jīng)微弧氧化后可不經(jīng)后處置直接利用 ，也可對(duì)氧化后的膜層進(jìn)行關(guān)閉 ，電泳涂漆，機(jī)械拋光等后處置，以進(jìn)一步提高膜的機(jī)能 。

4、 微弧氧化的裝備

出產(chǎn)線裝備 包羅：專用電源、槽組、溫控系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)、行車系統(tǒng)等；電源功率為50～300 kW。

(1)微弧氧化電源裝備 是一種高壓年夜 電流輸出的特別電源裝備 ，輸出電壓規(guī)模通常是 0～600 V；輸出電流的容量視加工工件的外觀積而定，一般要求6～10 A/dm2。電源要設(shè)置恒電壓和恒電流節(jié)制 裝配 ，輸出波形視工藝前提 可為直流、方波、鋸齒波等波形。

例如：頻率為l5～9000 Hz一連 可調(diào)，占空比為5%～48%一連 可調(diào)，功率：正向工作電流/電壓：400A/700V；反向工作電流/電壓：200A/300 V。脈沖：正負(fù)一連 可調(diào)。全數(shù)數(shù)字化儀表，帶波形顯示。

(2)熱交流 和制冷裝備 。因?yàn)?微弧氧化進(jìn)程 中工件外觀具有較高的氧化電壓并經(jīng)由過(guò)程 較年夜 的電解電流，使發(fā)生 的熱量年夜 部份 集中于膜層界面處，而影響所構(gòu)成 膜層的品質(zhì)，是以 微弧氧化必需 利用 配套的熱交流 制冷裝備 ，使電解液實(shí)時(shí)冷卻，包管 微弧氧化在設(shè)置的溫度規(guī)模內(nèi)進(jìn)行?？蓪㈦娊庖翰扇?輪回 對(duì)流冷卻的方式進(jìn)行，既能節(jié)制 溶液溫度，又到達(dá) 了攪拌電解液的目標(biāo) 。

采取 微弧氧化手藝 對(duì)鋁及其合金材料進(jìn)行外觀強(qiáng)化處置，具有工藝進(jìn)程 簡(jiǎn)單，占地面積小，處置能力強(qiáng)，出產(chǎn)效力 高，合用 于年夜 工業(yè)出產(chǎn)等長(zhǎng)處 。微弧氧化電解液不含有毒物資 和重金屬元素，電解液抗污染能力強(qiáng)和再生反復(fù) 利用 率高，因此 對(duì)情況 污染小，知足 優(yōu)良 潔凈 出產(chǎn)的需要，也相符 我國(guó)可延續(xù) 成長(zhǎng) 計(jì)謀 的需要。微弧氧化處置后的鋁基外觀陶瓷膜層具有硬度高（HV＞1200），耐蝕性強(qiáng)（CASS鹽霧實(shí)驗(yàn) ＞480h），絕緣性好（膜阻＞100MΩ），膜層與基底金屬結(jié)協(xié)力 強(qiáng)，并具有很好的耐磨和耐熱沖擊等機(jī)能 。微弧氧化手藝 工藝處置能力強(qiáng)，可經(jīng)由過(guò)程 改變工藝參數(shù)獲得 具有分歧 特征 的氧化膜層以知足 分歧 目標(biāo) 的需要；也可經(jīng)由過(guò)程 改變或調(diào)理 電解液的成份 使膜層具有某種特征 或出現(xiàn) 分歧 色彩 ；還可采取 分歧 的電解液對(duì)統(tǒng)一 工件進(jìn)行屢次 微弧氧化處置，以獲得 具有多層分歧 性質(zhì)的陶瓷氧化膜層。