[发明专利]一种非接触式微弧抛光工艺及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及材料加工领域，特别是一种用于金属制品表面非接触式微弧抛光工艺及其装置。

背景技术

镁、铝、钛等金属及其合金因其比重小、导热性好、比强度比刚度高、易于加工成型、资源丰富等优点，使得它们在航空航天、汽车工业、通信电子工业、轻工建材、石油化工、生物医学等领域得到日益广泛的应用，显示出了极为广泛的应用前景。但因此类合金制品多采用压铸挤压等一次性成型工艺，复杂的整体形状使机械式接触打磨抛光精密整形方法难以实施，开发非接触式剥离抛光技术便显得尤为重要。

随着当今世界对材料加工精密化要求的提高，如发动机涡轮叶片等关键构件，接触式研磨抛光技术难以达到其复杂的曲面形状和高标准的加工精度，因此非接触式抛光加工往往会作为首选方法予以考虑。非接触式抛光包括电火花、紫外激光、粒子束等方法，此类技术都可达到加工精度要求，但是其原理上都属于热加工技术，会在加工面上产生大于一微米甚至十微米的再铸层以及微裂纹和残余应力等，进而影响到构件的疲劳强度等力学性能。因此寻找一种既可满足复杂几何形状的高等级加工精度要求，又使加工层无热应力和机械应力残留的抛光方法，是加工技术领域的一种创新，具有良好的工业化生产前景。

微弧抛光技术其原理是在电化学体系中构建出一层包裹阳极金属的“富氧等离子体气隙膜”。通过调控脉冲电路的频率、电压和脉冲电流，以使“富氧等离子体气隙膜”两端的伏安关系处于“气体放电双峰曲线反欧姆特性的微弧区段”，则可使处于热发射状态的金属原子和负电性的氧等离子体直接化合生成不溶性氧化物，从而达到剥离基体的目的。运用微弧抛光技术将会在金属加工方面开创一条新途径，进一步对我国金属材料加工领域提供技术支持。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种过程稳定、加工层无残留应力、加工精度高的金属表面抛光工艺及装置。

为解决上述的技术问题，本发明一种非接触式微弧抛光工艺包括以下步骤：

配置电解液：根据需要抛光的金属基体配置微弧氧化电解液，并根据需要达到的抛光精度在微弧氧化电解液中加入添加剂；

设计阴阳极参数：根据需抛光工件的大小调整控制微弧抛光电源两电极之间的间距在1-80mm；

控制流场环境：按照抛光和去除要求，设计流场体系；

设置电源参数：所述微弧抛光电源采用直流脉冲电源，脉冲波形为方波；根据金属基体控制电压300-600V，调控峰值电流波形的脉宽⊿t_on为2-80us，两个脉冲之间间隔⊿t_off为10-200us；

微弧抛光：将工件置于电解液中进行反应，反应过程中控制电解液温度25-60℃之间，处理时间8-40min。

进一步的，所述步骤配置电解液中加入的添加剂为NaCl溶液、KCl溶液、NaF溶液、NaHCO₃溶液、NaOH溶液中的一种或几种的混合溶液，总量为0.5-5g/L。

进一步的，所述步骤控制流场环境中，所述流场体系采用自下而上的流体管道，流速控制在0.5-2m/s。

进一步的，所述步骤微弧抛光之间对工件进行除油除脂，在丙酮或酒精和蒸馏水中清洗3-5min，然后吹干。

进一步的，所述步骤设置电源参数中，可以选择恒流模式或恒压模式，其中恒流模式下峰值电流密度10-200A/dm²；恒压模式下输出电压200-600V。

另外，本发明还涉及一种非接触式微弧抛光装置，包括微弧抛光电源和电解槽，所述电解槽内放置有电解液，所述微弧抛光电源的两极插入电解液中；所述电解槽外围设置有冷却水系统；所述微弧抛光电源的两级通过信号采集单元与控制系统电连接。

采用上述工艺和装置后，本发明的微弧抛光工艺具有可原子级逐层剥离的优点，规避受电极电位不一致性干扰的工艺缺点，且不受阳极金属组元和物相组成限制、可满足复杂曲面形状构件，能实现亚微至纳米级精密抛光和加工要求的工艺目的。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明非接触式微弧抛光装置的结构示意图。

图2a为本发明铝合金抛光前示意图。

图2b为本发明铝合金抛光后示意图。

图中：1为微弧抛光电源，2为电解槽，3为进水管，4为出水管，5为信号采集单元，6为控制系统。

具体实施方式