[发明专利]铝合金微弧氧化量产工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种材料表面处理方法，尤其涉及一种铝合金微弧氧化量产工艺。

背景技术

微弧氧化概念的提出始于上世纪50年代，70年代后期逐步引起国外学术界的研究兴趣，90年代开始成为国内外学者的研究热点。微弧氧化技术是在阳极氧化技术的基础上发展起来的，但两者的膜层的形成机理有很大不同，并由此导致它们的制备工艺和膜层性能的区别。微弧氧化技术在制备中使用较高的电压，完全超出了阳极氧化的范围，将制备电压区域由Faraday区引入到高压放电区域。在微弧氧化过程中，化学氧化、电化学氧化和等离子氧化作用同时存在，陶瓷氧化膜的形成过程非常复杂，得到的膜层硬度高，绝缘性好。

目前微弧氧化技术应用最多的是在铝合金上形成微弧氧化陶瓷膜。由于铝材资源丰富，铝合金的密度小，比强度高，成型加工容易等一系列优点，铝合金的应用几乎遍及所有工业部门，包括军事工业部门，且用量巨大。但是由于铝合金的耐磨性、耐蚀性、耐热性低，刚度小等原因，其应用受到很大限制。而微弧氧化技术大大拓宽了铝合金的应用范围。此技术应用于铝合金上，能够将铝合金材料与陶瓷材料的优点达到完美的结合，所形成的氧化陶瓷膜不仅具有阳极氧化膜的优良结合力，还具有较高的硬度，起到防腐耐磨等作用。

在我国微弧氧化技术见诸于文献报道只是近十年的历史，这几年主要有西安交通大学、北京师范大学等研究机构在做研究，且主要研究工作集中在成膜机理，配方开发等方面，整个研究还处在实验室研究阶段，大规模的量产还没有。目前限制微弧氧化技术大规模应用主要有下面几个问题：

1、工作电压较高(500V以上)，电流密度大(10-20A/dm²)给工业化量产设备制造(特别是大功率电源)带来困难；

2、氧化过程中散热多，电解液温度上升较快难以控制，需配备较大容量的制冷和热交换设备；

3、由于槽液无效放热，能源浪费严重，导致成本偏高，经济效益差，难以在民品生产上运用。

发明内容

本发明的目的是提供一种铝合金微弧氧化量产工艺，该工艺能够在纯铝和锻铝上得到结合力强、硬度高的耐磨、耐腐蚀高性能陶瓷膜。

本发明是这样来实现的，其工艺方法为：首先将铝合金工件上挂经过中性除油处理(如果油污不是很重，也可以省去)，自来水清洗干净后，放入装有电解液的电解槽，采用恒流进行微弧氧化。采用直流或直流叠加脉冲通电方式，根据膜厚和硬度要求，平均电流密度为0.5--3A/dm²，，通电时间5--120分钟。微弧氧化完，断电后将工件取出，进行冷水洗和热水洗，压缩空气吹干就可以下挂。电解液组份和含量如下：次亚磷酸纳0--250g/L，铝酸钠0--80g/L，多聚磷酸纳0--100g/L，磷酸三钠0-80g/L，钨酸钠0--100g/L，硅酸纳0-80g/L，酒石酸0--200g/L，丙三醇0--100g/L。

本发明的优点是：1、采用的氧化电流密度低。工艺实施时，电流密度只有0.5-3A/dm²，比目前研究一般使用的电流密度下降了一个数量级，不仅为量产化生产时大功率电源的制造打下了基础，也为实现大面积试样微弧氧化打下基础，同时避免了槽液由于大电流通过槽液电阻升温太快问题，在一定程度上对防止膜层烧蚀起到了较好作用。2、无需专门的冷却装置。开发出了微弧氧化防烧蚀添加剂，解决了膜层易烧蚀难题。目前，微弧氧化成膜一般都要将槽液控制在一定的温度以下，否则膜层就会烧蚀，因此包括实验都需要冷却装置，对有些配方还需要大功率的冷冻机组来保持温度的稳定。在没有开发出添加剂前，本工艺要求槽液温度控制在80℃以下，超过这个温度膜层就会发生烧蚀，添加了防烧蚀剂以后，可以在沸水中成膜而不发生烧蚀。3、工艺对工件前处理要求不高，甚至可以省去。4、配方和工艺生产符合环保要求，在整个生产过程中没有重金属和有毒气体的排放，对环境几乎零污染，对设备、厂房没有腐蚀。5、配方成分简单，维护方便，槽液寿命长，因此微弧氧化成本价格下降很多，与铝合金硬质阳极氧化相当。

具体实施方式

实施例1：电解液的组分和含量如下：次亚磷酸纳10g/L、多聚磷酸纳50g/L、钨酸钠5g/L、硅酸纳40g/L、丙三醇50g/L。

实施例2：电解液的组分和含量如下：铝酸钠80g/L，磷酸三钠50g/L，硅酸纳80g/L，酒石酸100g/L。