鋁及鋁合金的微弧氧化技術(shù)

1、鋁及鋁合金的微弧氧化技術(shù)1技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)關(guān)鍵（1）微弧氧化技術(shù)的內(nèi)容和工藝流程 鋁及鋁合金材料的微弧氧化技術(shù)內(nèi)容主要包括鋁基材料的前處 理；微弧氧化；后處理三部分。其工藝流程如下：鋁基工件T化學除 油T清洗T微弧氧化T清洗T后處理T成品檢驗。（2）微弧氧化電解液組成及工藝條件例 1 電解液組成：K2SQ3 510g/L, Na2O2 46g/L , NaF 0.5 1g/L, CH3COONa 23g/L , Na3VO3 1 3g/L ;溶液 pH 為 11 13; 溫度為2050C;陰極材料為不銹鋼板；電解方式為先將電壓迅速上 升至300V,并保持510s,然后將陽極氧化電壓上升至 450

2、V,電解 510min。例2兩步電解法，第一步：將鋁基工件在200g/L的K2OnSiO2（鉀水玻璃）水溶液中以1A/dm2的陽極電流氧化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Na3P2O7水溶液中以1A/dm2的陽極電流氧化15min。陰極材料為： 不銹鋼板；溶液溫度為2050C。（ 3）影響因素 合金材料及表面狀態(tài)的影響： 微弧氧化技術(shù)對鋁基工件的合金 成分要求不高,對一些普通陽極氧化難以處理的鋁合金材料, 如含銅、 高硅鑄鋁合金的均可進行微弧氧化處理。對工件表面狀態(tài)也要求不 高,一般不需進行表面拋光處理。對于粗糙度較高的工件,經(jīng)微弧氧 化處理后表面得到修

3、復變得更均勻平整；而對于粗糙度較低的工件,經(jīng)微弧氧化后，表面粗糙度有所提高 電解質(zhì)溶液及其組分的影響： 微弧氧化電解液是獲到合格膜層 的技術(shù)關(guān)鍵。 不同的電解液成分及氧化工藝參數(shù)， 所得膜層的性質(zhì)也 不同。微弧氧化電解液多采用含有一定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），其在溶液中的存在形式最好是 膠體狀態(tài)。溶液的pH范圍一般在913之間。根據(jù)膜層性質(zhì)的需要， 可添加一些有機或無機鹽類作為輔助添加劑。 在相同的微弧電解電壓 下，電解質(zhì)濃度越大，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。 氧化電壓及電流密度的影響： 微弧氧化電壓和電流密度的

4、控制 對獲取合格膜層同樣至關(guān)重要。不同的鋁基材料和不同的氧化電解 液，具有不同的微弧放電擊穿電壓（擊穿電壓：工件表面剛剛產(chǎn)生微 弧放電的電解電壓） ，微弧氧化電壓一般控制在大于擊穿電壓幾十至 上百伏的條件進行。氧化電壓不同，所形成的陶瓷膜性能、表面狀態(tài) 和膜厚不同， 根據(jù)對膜層性能的要求和不同的工藝條件， 微弧氧化電 壓可在20（600V范圍內(nèi)變化。微弧氧化可采用控制電壓法或控制電 流法進行，控制電壓進行微弧氧化時，電壓值一般分段控制，即先在 一定的陽極電壓下使鋁基表面形成一定厚度的絕緣氧化膜層； 然后增 加電壓至一定值進行微弧氧化。當微弧氧化電壓剛剛達到控制值時， 通過的氧化電流一般都較大，

5、可達 10A/dm2 左右，隨著氧化時間的 延長，陶瓷氧化膜不斷形成與完善，氧化電流逐漸減小，最后小于 1A/dm2 。氧化電壓的波形對膜層性能有一定影響，可采用直流、鋸 齒或方波等電壓波形。 采用控制電流法較控制電壓法工藝操作上更為方便，控制電流法的電流密度一般為 28A/dm2。控制電流氧化時,氧化電壓開始上升較快，達到微弧放電時，電壓上升緩慢，隨著膜的 形成，氧化電壓又較快上升，最后維持在一較高的電解電壓下。 溫度與攪拌的影響： 與常規(guī)的鋁陽極氧化不同， 微弧氧化電解 液的溫度允許范圍較寬，可在1090C條件下進行。溫度越高，工件 與溶液界面的水氣化越厲害， 膜的形成速度越快， 但其粗糙

6、度也隨之 增加。同時溫度越高，電解液蒸發(fā)也越快，所以微弧氧化電解液的溫 度一般控制在2060C范圍。由于微弧氧化的大部分能量以熱能的形 式釋放， 其氧化液的溫度上升較常規(guī)鋁陽極氧化快， 故微弧氧化過程 須配備容量較大的熱交換制冷系統(tǒng)以控制槽液溫度。 雖然微弧氧化過 程工件表面有大量氣體析出， 對電解液有一定的攪拌作用， 但為保證 氧化溫度和體系組分的均一， 一般都配備機械裝置或壓縮空氣對電解 液進行攪拌。 微弧氧化時間的影響：微弧氧化時間一般控制在1060mi n。氧化時間越長，膜的致密性越好，但其粗糙度也增加。 陰極材料： 微弧氧化的陰極材料采用不溶性金屬材料。 由于微 弧氧化電解液多為堿性

7、液，故陰極材料可采用碳鋼，不銹鋼或鎳。其 方式可采用懸掛或以上述材料制作的電解槽作為陰極。（4）微弧氧化的設備微弧氧化電源設備是一種高壓大電流輸出的特殊電源設備， 輸 出電壓范圍一般為0600V;輸出電流的容量視加工工件的表面積而 定，一般要求610A/dm2。電源要設置恒電壓和恒電流控制裝置， 輸出波形視工藝條件可為直流、方波、鋸齒波等波形。熱交換和制冷設備。 由于微弧氧化過程中工件表面具有較高的 氧化電壓并通過較大的電解電流， 使產(chǎn)生的熱量大部分集中于膜層界 面處，而影響所形成膜層的質(zhì)量， 因此微弧氧化必須使用配套的熱交 換制冷設備， 使電解液及時冷卻， 保證微弧氧化在設置的溫度范圍內(nèi) 進

8、行。可將電解液采用循環(huán)對流冷卻的方式進行， 既能控制溶液溫度， 又達到了攪拌電解液的目的。（5）膜層的質(zhì)量檢測 微弧氧化陶瓷膜層的質(zhì)量檢測目前無專門標準， 可采用鋁常規(guī)陽 極氧化膜層性能的檢測標準。2優(yōu)缺點及使用范圍采用微弧氧化技術(shù)對鋁及其合金材料進行表面強化處理， 具有工 藝過程簡單，占地面積小，處理能力強，生產(chǎn)效率高，適用于大工業(yè) 生產(chǎn)等優(yōu)點。 微弧氧化電解液不含有毒物質(zhì)和重金屬元素， 電解液抗 污染能力強和再生重復使用率高， 因而對環(huán)境污染小， 滿足優(yōu)質(zhì)清潔 生產(chǎn)的需要， 也符合我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的需要。 微弧氧化處理后的 鋁基表面陶瓷膜層具有硬度高（HV > 1200）,耐蝕性強

9、（CASS鹽霧 試驗480h），絕緣性好（膜阻100MQ）,膜層與基底金屬結(jié)合力 強,并具有很好的耐磨和耐熱沖擊等性能。 微弧氧化技術(shù)工藝處理能 力強,可通過改變工藝參數(shù)獲取具有不同特性的氧化膜層以滿足不同 目的的需要；也可通過改變或調(diào)節(jié)電解液的成分使膜層具有某種特性 或呈現(xiàn)不同顏色； 還可采用不同的電解液對同一工件進行多次微弧氧 化處理,以獲取具有多層不同性質(zhì)的陶瓷氧化膜層。由于微弧氧化技術(shù)具有上述優(yōu)點和特點，因此在機械，汽車，國 防，電子，航天航空及建筑民用等工業(yè)領(lǐng)域有著極其廣泛的應用前景。 主要可用于對耐磨、耐蝕、 耐熱沖擊、高絕緣等性能有特殊要求的鋁 基零部件的表面強化處理； 同時也可用于建筑和民用工業(yè)中對裝飾性 和耐磨耐蝕要求高的鋁基材的表面處理； 還可用于常規(guī)陽極氧化不能 處理的特殊鋁基合金材料的表面強化處理。 例如，汽車等各車輛的鋁 基活塞，活塞座，汽缸及其他鋁基零部件；機械、化工工業(yè)中的各種 鋁基模具， 各種鋁罐的內(nèi)壁， 飛機制造中的各種鋁基零部件如貨倉地 板，滾棒，導軌等；以及民用工業(yè)中各種鋁基