铝合金微弧氧化表面陶瓷化处理技术
航空铝合金7075表面处理工艺
航空铝合金7075表面处理工艺摘要：7075材料容易加工，而且具备良好的耐腐蚀能力和较高的韧性，一般应用于制造工作温度较低、受力较大的飞机结构件。
由于7075材料失效往往是从表面开始的，因而提升其表面性能十分关键。
关键词：铝合金；7075；表面处理引言：航空领域所使用的由于飞机所使用的7075铝合金在空气环境中，其表层形成了氧化膜，可以免于受到侵蚀，但这种膜的抗腐蚀能力并不可靠，如果处于酸碱性条件下就会产生溶解现象。
在这种情况下，7075的表面硬度较差，耐磨性和耐蚀性难以达到要求，这就会限制了7075在航空工业中的应用。
借助热处理以及改变成分的方式能够在一定程度上提升7075的性能，但一些部件的制造对7075耐磨性和耐蚀性存在较高要求，因而我们应当加强对7075的表面处理工作。
一、化学转化层处理这一方法是借助银基体和特定的介质之间的化学转化作用，在7075的表面形成化学转化膜，能够显著提升7075的性能。
（一）化学氧化法这一方法是基于特定的电解质环境下，对7075施加电流，从而在7075的表面形成较厚的氧化膜，改善其性能。
这一方法所取得到的薄膜厚度受到氧化条件和铝材料化学成分的影响。
通过提高温度，我们能够获得更厚的薄膜。
但是，即使在较低的温度下，也可以通过增加溶液中碳酸盐的浓度来获取较厚的膜。
化学氧化膜厚度要比天然氧化膜4nm厚度大一百倍至两百倍。
它对铝材料的疲劳性能没有太大影响，操作方便，无需电能，设备简便，加工成本低，操作速度快，附着力好。
它可以用于保护层或涂层底层，不过膜层由于质地较软、耐磨性不好、厚度薄，在承载情况下有时会出现损坏。
表一为化学氧化膜的性能表1 化学氧化膜的性能（二）阳极氧化处理这一技术是在7075自身作为阳极，铅板作为阴极，在电解液中通电后形成氧化膜。
目前，硫酸阳极氧化、铬酸阳极氧化、草酸阳极氧化、陶瓷阳极氧化和硬质阳极氧化在这一工艺中得到了广泛的应用。
在实践中，硫酸法、铬酸法、草酸法的应用较为广泛。
微弧氧化工艺（MAO）
微弧氧化⼯艺（MAO）微弧氧化（MAO）基础概念：微弧氧化⼜称微等离⼦体氧化，是通过电解液与相应电参数的组合，在铝、镁、钛及其合⾦表⾯依靠弧光放电产⽣的瞬时⾼温⾼压作⽤，⽣长出以基体⾦属氧化物为主的陶瓷膜层。
氧化膜厚度决定因素：微弧氧化的⼯艺参数⾸先是施加在样品上的外加电压，⼀般来说，最终电压决定微弧氧化膜的厚度。
外加电压的增加过程是不断提⾼的，实际操作中不能直接加压到最终电压，否则会因为氧化膜⽣长过快出现局部⿇坑，或者局部烧蚀。
陶瓷膜层结构：微弧氧化陶瓷膜层由内向外可分为过渡层、致密层以及疏松层。
靠近铝基材的为过渡层，其上是致密层，致密层主要结构是硬度较⾼且耐磨的α-Al2O3，还有少量的γ-Al2O3。
该陶瓷膜具有晶态氧化物陶瓷相结构。
这是其性能⾼于阳极氧化膜的根本原因。
微弧氧化⼯艺：1、特点：a、⼯艺简单，对于⼯业样品的预处理不像阳极氧化的严格与繁复，只要求样品表⾯去污去油，不需要去除表⾯的⾃然氧化层，也不需要表⾯打磨。
b、还有⼀个⽐较鲜明的特点是微弧氧化过程如果意外中断，下次可以直接通电继续该过程，不需要说去除制件表⾯已⽣成的氧化膜；但是对于阳极氧化来说，阳极氧化过程⼀旦中断，则必须重头开始，需要去除制件表⾯已经⽣成的氧化膜，及其⿇烦。
2、⼯艺流程：整体流程：去油-微弧氧化-封闭1、输⼊电源：采⽤三项380V电压2、微弧氧化电源，因电压要求较⾼(⼀般在510—700V之间)，需专门定制。
通常配备硅变压器；电源输出电压：0—750V可调；电源输出最⼤电流：5A、10A、30A、50A、100A等可选3、阴极材料选⽤不溶性⾦属材料，推荐不锈钢4、槽体可选⽤PP、PVC等材质，外套不锈钢加固。
可外加冷却设施或配冷却内胆氧化槽液：微弧氧化反应装置氧化槽液成分⽐较简单，⽬前⼤部分槽液都以弱碱性⽔溶液为主。
实际使⽤的槽液常加⼊硅酸钠、铝酸钠或磷酸钠等成分。
氧化膜颜⾊制备：为了得到各种颜⾊的微弧氧化膜，还可以加⼊不同的⾦属盐类，依靠不同⾦属离⼦沉积掺杂在微弧氧化膜中得到相应的颜⾊膜的制备⽅法：1）酸性电解液氧化法2）碱性电解液氧化法应⽤场合：微弧氧化膜层具有耐磨、耐腐蚀、⾼硬度，低磨损、耐热性，⼀般⽤于汽车，航空航天，船舶，兵器等⾏业，如汽车的马达、活塞、轴承等铝合⾦之间的表⾯处理，即是利⽤该微弧氧化膜层的⾼硬度、低磨损特性。
有色金属表面微弧氧化技术评述
摘要：微弧氧化是一项在有色金属表面原位生长陶瓷膜的新技术。
本文介绍了Al、Mg、Ti金属表面微弧氧化技术的发展历史及氧化物陶瓷膜生长的原理，并比较微弧氧化和阳极氧化技术的工艺及性能特点，显示微弧氧化工艺比阳极氧化简单，氧化膜的综合性能比阳极氧化膜高得多，是一项有广阔应用前景的新技术。
微弧氧化；火花放电；有色金属1发展历史30年代初期，Günterschulze和Betz[1，2]第一次报道了在高电场下，浸在液体里金属表面出现火花放电现象，火花对氧化膜具有破坏作用。
后来研究发现利用此现象也可生成氧化膜。
此技术最初采用直流模式，应用于镁合金的防腐上，直到现在，镁合金火花放电阳极氧化技术仍在研究开发之中。
约从70年代开始，美国伊利诺大学和德国卡尔马克思城工业大学等单位用直流或单向脉冲电源开始研究Al、Ti等阀金属表面火花放电沉积膜，并分别命名为阳极火花沉积（ASD-Anodic Spark Deposition）和火花放电阳极氧化（ANOF-Anodischen Oxidation unter Funkenentladung）[3～7]。
俄罗斯科学院无机化学研究所的研究人员1977年独立地发表了一篇论文[9]，开始此技术的研究。
他们采用交流电压模式，使用电压比火花放电阳极氧化高，并称之为微弧氧化。
从文献上看，美、德、俄三国基本上是各自独立地发展该技术，相互间文献引用很少。
进入90年代以来[7～13]，美、德、俄、日等国加快了微弧氧化或火花放电阳极氧化技术的研究开发工作，论文数量增长较快，但总数仍只有一、二百篇。
我国从90年代初开始关注此技术，目前仍处于起步阶段[14～19]。
总之，该技术已引起许多研究者的关注，正成为国际材料科学研究热点之一，其主要研究单位如表1所示。
在世界范围内，各种电源模式同时并存，各研究单位工作也各具特色，但目前俄罗斯在研究规模和水平上占据优势。
使用交流电源在铝合金表面生长的陶瓷氧化膜性能比直流电源高得多，交流模式是微弧氧化技术的重要发展方向。
铝及铝合金的微弧氧化技术
铝及铝合金微弧氧化技术1．技术内容及技术关键（1）微弧氧化技术内容和工艺步骤铝及铝合金材料微弧氧化技术内容关键包含铝基材料前处理; 微弧氧化; 后处理三部分。
其工艺步骤以下: 铝基工件→化学除油→清洗→微弧氧化→清洗→后处理→成品检验。
（2）微弧氧化电解液组成及工艺条件例1.电解液组成: K2SiO3 5～10g/L, Na2O2 4～6g/L, NaF 0.5～1g/L, CH3COONa 2～3g/L, Na3VO3 1～3g/L; 溶液pH为11～13; 温度为20～50℃; 阴极材料为不锈钢板; 电解方法为先将电压快速上升至300V, 并保持5～10s, 然后将阳极氧化电压上升至450V, 电解5～10min。
例2两步电解法, 第一步: 将铝基工件在200g/LK2O·nSiO2（钾水玻璃）水溶液中以1A/dm2阳极电流氧化5min; 第二步: 将经第一步微弧氧化后铝基工件水洗后在70g/LNa3P2O7水溶液中以1A/dm2阳极电流氧化15min。
阴极材料为: 不锈钢板; 溶液温度为20～50℃。
（3）影响原因①合金材料及表面状态影响: 微弧氧化技术对铝基工件合金成份要求不高, 对部分一般阳极氧化难以处理铝合金材料, 如含铜、高硅铸铝合金均可进行微弧氧化处理。
对工件表面状态也要求不高, 通常不需进行表面抛光处理。
对于粗糙度较高工件, 经微弧氧化处理后表面得到修复变得更均匀平整; 而对于粗糙度较低工件, 经微弧氧化后, 表面粗糙度有所提升。
②电解质溶液及其组分影响: 微弧氧化电解液是获到合格膜层技术关键。
不一样电解液成份及氧化工艺参数, 所得膜层性质也不一样。
微弧氧化电解液多采取含有一定金属或非金属氧化物碱性盐溶液（如硅酸盐、磷酸盐、硼酸盐等）, 其在溶液中存在形式最好是胶体状态。
溶液pH范围通常在9～13之间。
依据膜层性质需要, 可添加部分有机或无机盐类作为辅助添加剂。
在相同微弧电解电压下, 电解质浓度越大, 成膜速度就越快, 溶液温度上升越慢, 反之, 成膜速度较慢, 溶液温度上升较快。
铝合金表面处理的方法及应用
铝合金表面处理的方法及应用对铝及其合金进行表面处理产生的氧化膜具有装饰效果、防护性能和特殊功能,可以改善铝及其合金导电、导热、耐磨、耐腐蚀以及光学性能等。
因此,国内外研究人员运用各种方法对其进行表面处理,以提高它的综合性能,并取得了很大进展。
目前,铝及其合金材料已广泛地应用于建筑、航空和军事等领域中。
本文分类论述了铝及其合金材料表面处理的主要方法。
1·化学转化膜处理金属表面处理工业中的化学转化处理时使金属与特定的腐蚀液接触，在一定条件下，金属表面的外层原子核腐蚀液中的离子发生化学或电化学反应，在金属表面形成一层附着力良好的难溶的腐蚀生成物膜层。
换言之，化学转化处理是一种通过除去金属表面自然形成的氧化膜而在其表面代之以一层防腐性能更好、与有机涂层结合力更佳的新的氧化膜或其他化合物的技术。
1.1阳极氧化法铝的阳极氧化法是把铝作为阳极,置于硫酸等电解液中,施加阳极电压进行电解,在铝的表面形成一层致密的Al2O3膜,该膜是由致密的阻碍层和柱状结构的多孔层组成的双层结构。
阳极氧化时,氧化膜的形成过程包括膜的电化学生成和膜的化学溶解两个同时进行的过程。
当成膜速度大于溶解速度时,膜才得以形成和成长。
通过降低膜的溶解速度,可以提高膜的致密度。
氧化膜的性能是由膜孔的致密度决定的。
1.1.1硬质阳极氧化铝的硬质阳极氧化是在铝进行阳极氧化时,通过适当的方法,降低膜的溶解速度,获得更厚、更致密的氧化膜。
常规的方法是低温(一般为0℃左右)和低硫酸浓度(如<10%H2SO4)的条件下进行,生产过程存在能耗大、成本高的缺点。
改善硬质阳极氧化膜的另一种方法是改变电源的电流波形。
氧化膜的电阻很大,氧化过程中产生大量的热量,因此,传统直流氧化电流不宜过大,运用脉冲电流或脉冲电流与直流电流相叠加,可以极大地降低阳极氧化所需要的电压,并且可使用更高的电流密度,同时还可以通过调节占空比和峰值电压,来提高膜的生长速度,改善膜的生成质量,获得性能优良的氧化膜。
微弧氧化法
微弧氧化法微弧氧化技术最早起源于20世纪70年代，由于其独特的优点，在近几年得到了快速的发展。
微弧氧化技术可以在微米级厚度的氧化皮肤上生成数十纳米级别的陶瓷颗粒，这些颗粒可以填充金属表面的微孔，使金属表面更加坚固耐用。
微弧氧化技术在提高金属的表面硬度、耐磨性、耐腐蚀性和耐高温性能的同时，也可以改善金属的热传导性和导电性能。
微弧氧化技术的工艺流程通常包括清洗表面、阳极氧化处理、封孔等步骤。
清洗表面是为了去除金属表面的油污、氧化层和杂质，保证阳极氧化的效果。
阳极氧化是将金属放在电解质溶液中，通过外加电压产生微弧放电，使金属表面发生氧化反应生成氧化膜。
封孔是为了填充氧化膜的微孔，提高氧化膜的致密性和耐腐蚀性。
微弧氧化技术的主要优点包括：1.高硬度：微弧氧化膜的硬度可达到1000HV以上，比大多数金属材料的硬度高出数倍，能够有效提高金属的耐磨性和抗刮伤性能。
2.耐腐蚀性好：微弧氧化膜的密度高，结合力强，具有良好的防腐蚀性能，可以有效延长金属材料的使用寿命。
3.环保节能：微弧氧化技术不需要添加有害物质，只需要电解质溶液和电能，不会产生二次污染，符合环保要求。
4.工艺简单：微弧氧化技术操作简单，易控制，不需要复杂的设备和工艺流程，适用于各种金属材料的表面处理。
微弧氧化技术的应用范围广泛，主要包括以下几个方面：1.航空航天领域：航空航天领域对金属材料的要求非常高，微弧氧化技术可以提高金属材料的硬度、耐磨性和耐腐蚀性，保证飞行器的安全可靠。
2.汽车制造领域：汽车零部件经常处于恶劣的环境中，需要具有良好的耐腐蚀性能，微弧氧化技术可以为汽车零部件表面提供保护，延长使用寿命。
3.电子领域：电子产品的金属外壳需要具有良好的外观和防划伤性能，微弧氧化技术可以为电子产品提供优质的表面处理。
4.建筑领域：建筑结构的金属件需要具有一定的耐腐蚀性和耐久性，微弧氧化技术可以为建筑结构提供保护，延长使用寿命。
总的来说，微弧氧化技术是一种非常有前景的表面处理技术，可以为各种金属材料提供良好的表面保护，提高其性能和使用寿命。
镁铝合金防腐蚀技术-微弧氧化
x
x x
x
20
30
40
50
60
70
80
2-Theta(°)
创新点： • VMgF2/Mg = 1.44>1 • VKMgF3/Mg= 1.99>1
• 孔隙率：4.82%（45.6%） • 硬度：Hv500（Hv350) • 中性盐雾试验：1000h（500h）
国内外最高指标
国家机动车质量监督检验中心” 依据GB/T 5334-2005检验，通过台架试 验；该技术应用于长春一汽 “轮毂”部件。
轿车轮毂
赛车轮毂
创新性结果—镁合金微弧氧化自催化化学镀技术
技术成果应用： 国防重点型号机“衬套”和“支座”部件 解决关键问题： 保障支座“内腔”涂层的均匀性,硬度达到800Hv;
盐雾试验:达到1000h 关键技术指标： 耐中性盐雾：1000h (GJB 150.11)
硬度：1000Hv （GB/T 4340.1)
衬套
支座
创新性结果—铝合金阴极化载波新工艺技术
LY12
LY16
技术难点与科学问题：
• 疏松层，致密度低
• 溶液稳定性差，适用性低
创新点：
• 阴极化载波脉冲控制
LD7
Intensity/CPS
(a)
x
KMgF3 MgF2 MgO x Mg
技术难点与科学问题：
• VMgO /Mg = 0.81<1
x
x
x
x
x
20
30
40
459.048
60
金属表面陶瓷化方法
金属表面的陶瓷化方法金属的表面在许多场合都需要进行处理以获得耐磨、绝缘等性能，陶瓷材料具有绝缘、耐蚀、耐磨等特点，但是，陶瓷材料脆性大，加工性能差。
我们通过进行金属表面陶瓷化改性可以提高材料表面的耐磨、耐蚀等性能，以使金属表面绝缘。
金属表面陶瓷化方法特征：1、在金属表面通过熔钎焊的方法堆焊一层铝基堆焊层，根据处理面积的大小决定采用焊接道数的多少，也就是基体并没有发生熔化，依靠熔化的铝基填充材料在基体表面润湿铺展形成连接，为了提高铝基钎料对母材金属的润湿性，可以做如下处理，基体表面镀锌或者在基体表面刷涂氟化物钎剂，焊接完毕以后，铝和金属基体通过中间的界面化合物层连接在一起，如果需要控制界面层的厚度，可以在金属基体的背面附加水冷装置，以减小界面扩散层的厚度。
2、根据结构的实际要求确定覆盖在金属基体表面上的铝层厚度，比如：可以采用线切割的方法将多余的铝堆焊层切除，将铝的表面进行打磨，以清除线切割等加工造成的表面不平，然后进行去油、水洗处理，得到金属基体-铝层复合体。
3、采用绝缘涂料将不需要微弧氧化的部分保护，然后对金属-铝层复合体的表面进行微弧氧化，在铝层表面获得原位生长的氧化铝陶瓷，陶瓷膜层通过铝-界面层与金属基体结合在一起，实现金属基体表面耐蚀、绝缘等的使用要求，最后经过水洗、烘干，便获得金属-界面扩散层-铝-陶瓷的复合体系，完成了对金属的表面改性处理。
通过以上处理便可以在金属表面获得金属-界面扩散层-铝-陶瓷组成的结构体系，完成对一些金属基体的表面陶瓷化处理。
其优点是通过熔钎焊的方式在金属基体表面附加铝堆焊层，避免了母材的熔化，消除了微弧氧化方法处理某些金属的限制，使铝的微弧氧化工艺比较成熟、氧化铝陶与铝的结合力强等。
由于微弧氧化是在铝的表面原位生成陶瓷，可以使得膜层与基体结合牢固，陶瓷膜致密均匀。
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1 铝合金微弧氧化表面陶瓷化处理技术 西安工业大学北方信息工程学院 张少飞 摘要：论述了基于电物理化学复合作用在铝合金表面生成陶瓷层的微弧氧化新技术,阐明了微弧氧化表面处理技术的特点、工艺和设备的原理 , 简述了微弧氧化技术发展存在的主要问题，微弧氧化技术的应用前景，微弧氧化陶瓷层制备的影响因素。 关键词：铝；微弧氧化；表面陶瓷化 The influence factors of preparation of micro arc oxidation
ceramic layer Abstract：Is discussed based on the physical and chemical compound role in aluminum alloy surface to generate new technology of micro arc oxidation ceramic layer, illustrates the characteristics of micro-arc oxidation surface treatment technology, the principle of process and equipment, this paper briefly describes the main problems of micro-arc oxidation technology, the application prospect of micro-arc oxidation technology, the influence factors of micro arc oxidation ceramic layer preparation. Keywords：Aluminum; Micro-arc oxidation; On the surface of ceramic, 前言 铝及其合金因其重量轻而被广泛应用于航天、航空和其他民用工业中。但缺点是表面硬度低,不耐磨损。哈尔滨工业大学所属的黑龙江中俄科技合作及产业化中心在3年前引进俄罗斯先进技术的基础上,掌握了在铝及铝合金等材料表面用电火花微弧放电氧化处理,使之表面生成以氧化铝(Al2O3)为主的陶瓷薄层的现代先进技术。微弧氧化是一种新兴的材料表面陶瓷化处理技术,它是在传统的阳极氧化基础上发展起来的一种在 Al、 Mg、Ti 等有色金属表面原位生长陶瓷膜的新技术。经微弧氧化处理后,材料表面可生成一层厚度大、硬度和绝缘电阻均较高的晶态或非晶态Al2O3陶瓷膜。该膜层耐磨、耐腐蚀、耐高温冲击和热稳定性好,综合性能明显优于传统的阳极氧化膜,因此在航空、航天、汽车、机械和轻工等工业领域有着广阔的应用前景。 1微弧氧化发展简史 微弧氧化概念于 20世纪50年代提出,70年代后期逐步引起国外学术界的研究兴趣,80年代开始成为研究热点。其实,早在20世纪30年代初期就发现了微弧放电现象,并首次提出在高电场中浸入液体的金属表面出现火花放电,火花对氧化膜具有破坏作用。 2
后来发现,利用这种现象可以在金属基体表面生成性能较好的氧化膜层。20世纪50 年代,美国的一些兵工厂开始研究阳极火花技术,直到70年代以后才注意到这种现象在金属表面氧化处理中所具有的价值。同时, 美国的2所大学用直流或单向脉冲电源研究铝、钛等金属表面火花放电沉积薄膜。196年,苏联对铝及铝合金材料施加电压,当其高于火花区电压时,获得了性能很好的氧化物陶瓷膜。这种在微电弧条件下通过氧化获得涂层的过程, 称为微弧氧化。此后, 进行了 大量的研究,并积极推广应用。到80年代,利用火花放电在纯铝材表面获得了含 A -A l 2O3的硬质膜层。 我国从20世纪90年代中期才开始关注微弧氧化技术,对铝合金和镁合金微弧氧化陶瓷层的制备过程、能量交换、 膜的形貌结构及应用都进行了有益的探讨。 2合金微弧氧化技术 微弧氧化技术,又称微等离子体氧化,阳极火花沉积或火花放电阳极氧化,是在普通阳极氧化的基础上发展起来的一种新的表面处理技术，铝合金在电解液中通过高压放电作用,其表面生成一层与基体以冶金方式结合的氧化铝为主的陶瓷层,陶瓷质的高硬度!高阻抗和高稳定性满足铝合金防海水腐蚀!高温热蚀和改善耐磨等性能要求。尤其是在减摩条件下,微弧氧化技术可以在铝合金表面形成硬质氧化铝多孔陶瓷层,其表面均匀分布的微孔有利于在摩擦过程中形成连续油膜,从而改善摩擦条件。如图1为经微弧氧化处理后的铝合金制品。
图1微弧氧化处理的铝合金制品 3微弧氧化技术的基本原理 微弧氧化技术是一种直接在阀金属表面原位生长陶瓷层的新技术,所谓铝合金微弧氧化就是将铝合金试件置于电解质水溶液中,利用电化学方法在该试件表面产生火花放电现象,在热化学!等离子体化学和电化学的共同作用下,生成以氧化铝为主要成分的陶瓷层的方法。将铝合金试件放入电解液中,通电后表面立即生成一层较薄的高阻抗氧化膜,当作用在氧化膜表面的电压达到某一数值时,电解液里的样品表面能观察到无数游动的弧点,这表明氧化膜某些薄弱部位被击穿,发生的微区弧光放电。由于击穿总是在氧化膜相对薄弱的部位发生,当氧化膜被击穿后,在膜内部形成放电通道,铝离子和氧离子在放电通道中结合,形成熔融氧化铝,当放电通道中的弧光点熄灭后,放电通道中的熔融氧化铝冷却凝固,这样由于一个放电过程终止,当其耐压能力高于表面其它位置时,外加电压必然会引发陶瓷层其它薄弱部位的击穿放电,整个过程循环往复。在初始阶段,样品表面 3
游动弧点较小,形成的氧化膜表面微孔直径较小。随着氧化时间延长,陶瓷层厚度增加,击穿变得越来越困难,试样表面弧点数量减少,但弧点增大!亮度增强。在铝合金表面氧化膜击穿放电过程中,一方面在高温高压下陶瓷层内部氧原子和铝原子不断扩散,并且部分氧原子通过击穿时产生的放电通道进入基体内部与铝离子结合,生成氧化铝陶瓷;另一方面,少数的熔融氧化物从放电通道中喷射出来并到达与电解液接触的陶瓷层表面,喷射出来的熔融氧化物和重熔后的氧化物在电解液的“冷淬”作用下迅速凝固,形成“火山喷射状”表面形貌。 4微弧氧化工艺及设备 图 2是微弧氧化工艺和设备的原理简图。图中1为脉冲电源；2为需微弧氧化的铝合金工件(接脉冲电源正极)；3为不锈钢槽,接电源负极；4为工作液 ,常用氢氧化钾(KO H)添加硅酸钠(Na2 S iO3)或偏铝酸钠(NaAlO2) 等的溶液 ；5为吹气搅拌用的压缩空气管。 图2微弧氧化工艺及设备原理简图 加工开始时,在10～50V直流低电压和工作液的作用下,铝合金表面产生有一定电阻率的阳极氧化薄膜,随着此氧化膜的增厚,为保持一定的电流密度,直流脉冲电源的电压也应不断地相应提高,直至升高到300V以上,此时氧化膜为绝缘膜。当电压提高到400 V左右时,将对铝合金表面产生的绝缘膜击穿形成微电弧放电,可看到表面上有很多红白色的细小火花亮点,此起彼伏,连续、交替、转移放电。当电压升高到500V或更高时,微电弧火花放电的亮点成为蓝白色,更大更粗,且伴有连续的噼啪放电声。时微电弧火花放电通道3000℃以上的高温,将铝合金表面中熔融铝原子与工作液中的氧原子,以及电解时阳极上的铝离子(Al3+)与工作液中的氧离子(O2-)发生物理、化学反应结合而成Al2O3陶瓷层。这过程实际上非常复杂,人们还在不断研究和深化认识的过程中。最简单的直流脉冲电源是380 V、50 Hz的交流电源经变压器升压至0～600V可调节的交流电,再经半波或全波整流成每秒50次或100次的正弦波。 为了获得较厚和较硬的陶瓷层,应采用矩形波(方波)输出的单向脉冲电源,最好采用交变的正负矩形波脉冲电源。 5微弧氧化技术的特点 微弧氧化是从普通阳极氧化发展而来的,它突破了传统的阳极氧化电流、电压法拉第区域的限制,把阳极电位由几十伏提高到几百伏,氧化电流也从小电流发展到大电流,由直流发展到交流,致使在样品表面上出现电晕、辉光、微弧放电、甚至火花放电等现象。观察电流变化规律,在不同的时间段内,峰值电流不同。峰值电流的变化 4
明显的分为3个阶段,如图3所示。首先是初始氧化膜的形成阶段,峰值电流迅速下降；然后为微弧诱发阶段,峰值电流从最小值开始回升；最后为平衡氧化阶段,峰值电流稳定中稍有下降。 这3个阶段之间存在着明显的转折点,所以,在微弧氧化过程中不能简单地采用单一的电压,应根据氧化过程中的不同阶段对工作电压进行调整,以保证第一阶段形成完整的绝缘膜、诱发弧以及最后生成陶瓷氧化膜的质量。微弧氧化装置包括专用高压电源、氧化槽、冷却系统和搅拌系统。氧化液大多采用碱性溶液 ,对环境污染小。溶液温度以室温为宜,温度变化范围较宽。溶液温度对微弧氧化的影响比阳极氧化小得多,因为微弧区烧结温度达几千度,远高于槽温。而阳极氧化要求溶液温度较低,特别是硬质阳极氧化对溶液温度限制更为严格。 微弧氧化工件形状可以较复杂,部分内表面也可处理。微弧氧化和阳极氧化技术比较见表1。 。
图3峰值电流随时间的变化曲线 氧化类型 微弧氧化 阳极氧化 硬质阳极氧化 电压/V 高压 低压 较低压 电流/A 强流 电流密电流密
度小 度小 工艺流程 去 油 →微 弧氧化 碱蚀→酸洗→机械性清洗→阳极氧化→封孔 去油→碱蚀→去氧化→硬阳极氧化→化学封闭→ 封蜡或热处理 处理时间m in 10～30 30～6 60～120 膜层厚度μ m 50 30～60 50
溶液性质 碱性溶液 酸性溶液 酸性溶液 工作温度℃ < 45 13～26 - 8～10
氧化类型 化学氧化、电 化 学 氧化、 等离子氧化 化学氧化、电化学氧化 化学氧化、电化学氧化
表 1 微弧氧化和阳极氧化技术比较 6微弧氧化膜层结构特征 微弧氧化技术与电镀、喷涂、自蔓延高温合成等方法比较,克服了陶瓷层致密性差和结合力不强等缺点,不从外部引入陶瓷物料,直接把基体金属氧化烧结成氧化物陶瓷层。使其制备的陶瓷层既有高的耐磨损及耐腐蚀性能,又保持了陶瓷与基体的结合力。微弧氧化膜具有致密层和疏松层两层