[发明专利]微弧氧化镀覆金属表面的方法及装置

说明书

本发明涉及一种在金属上镀覆陶瓷层的方法，特别是用微弧氧化镀覆金属的方法，以及采用所述的方法镀覆的金属零件，本发明还涉及一种采用该方法的装置。

本发明所指的金属，可以是铝、镁、锆、铍、钛、钽以及它们的合金。具体地说，本发明涉及一种在金属表面镀覆陶瓷层时采用不对称的正负脉冲高电压，使金属表面出现微弧(等离子体)，从而形成陶瓷结构氧化层。在本发明中，在几乎不改变金属及其合金零件的机械尺寸的情况下，在其表面“生长”出坚硬、耐磨、耐腐蚀的陶瓷层。

铝、镁、锆、铍、钛、钽，尤其是铝及铝合金零件表面的处理，对于在汽车、航空、航天、纺织、机械、电子、医疗及轻工等工业部门中，都能找到广泛的应用。有许多零件既需要轻、又需要具有坚硬、耐腐蚀、绝缘的性能。过去是在铝或铝合金零件表面用硬质阳极氧化或喷涂陶瓷方法进行硬化处理。其中硬质阳极氧化工艺在酸性溶液中进行，对环境有害，形成的氧化层为非晶相，厚度一般为30～50微米，其显微硬度HV_0.1300-500：而喷涂陶瓷技术可以在零件表面形成厚度100微米以上的陶瓷层，硬度较高，但获得好的表面光洁度困难，而且容易脱落，脱落的碎片易损伤机械设备。70年代前后，以原苏联为代表的一批科学工作者发现：有些金属在阳极氧化过程中，施以高压电场(例如380V-420V)，金属表面会产生弧光放电现象，从而对生成的氧化膜有可能引起相和结构的变化，以改善金属表面的耐磨、耐蚀特性。并提出“微弧氧化概念”。例如俄罗斯专利SU 1775507中，公开了一种微弧氧化镀覆金属表面的方法，采用在硅酸盐碱性溶液中，加入含泡沫的去污液，以减小氧化层的疏松度，实施例给出的氧化层的厚度不大于15微米，但没有给出硬度或疏松度方面的指标。近年来，由于微弧氧化生成的陶瓷状氧化层的良好物理、化学特性，该方法已得到世界各国学者的广泛关注。

另外，US 5147515中公开了一种方法：在电解槽中使用一种包含水溶性或酸性的硅酸盐和/或含氧酸盐的水溶液的悬浮液。在该专利的八个实施例中，给出的氧化层厚度都只有40微米以下。该专利未指出是否能得到厚度大于300微米的覆层。

最近公开的GB 97/00664，提供了一种在金属表面形成的陶瓷镀覆层，此方法特征在于采用一至少为700V的高压交流电源(高压电源是一种不超过1000V的升压变压器)的电流流经待镀覆金属的表面和另一相反的电极，从而引起在所述金属表面上形成的氢氧化物膜发生(微弧氧化)介电击穿、加热、熔化，最终形成陶瓷覆层。GB97 00664中所用的电源是一至少为700V的经波形修正的交流电源，它是用电容器与变压器串联再输出的，并且是直接从电网获取大电流脉冲的单相交流电源。这种电源虽然简单，但可能存在一些严重缺点，如很大的、经修正而严重畸变波形的单相交流脉冲电流，对电网造成严重的冲击和污染，造成电网三相供电的不平衡，并带来信号干扰的麻烦；串联不同的电容器虽能对波形进行修正，但会影响到电压值，并且电压调节不能连续，给工作带来不便。其次在GB 97 00664中，镀覆方法本身存在缺点，当成批镀覆时，为了获取快速镀覆，需在镀覆过程中在电介槽中添加一种盐，因而电介质的组成在不断改变。为了使所加的盐的浓度尽量降低，以适用于镀覆下一批金属件的方法是在电介槽中加入较多数量的新的电解质液体。这种方法带来的缺点是会使电解槽中的溶液越来越多。用几批后需处理一批溶液造成环境污染，也使成本相应提高。另外此方法的连续镀覆陶瓷层的装置中，需用三个电解槽，每个槽中的电解质的成份不同，而且在镀覆期间基本保持不变，因而可重复使用。通过手动或自动操作装置完成金属部件从第一槽转到第二槽再到第三槽的运送。但是这种操作装置复杂(比只有一个槽)，操作方法复杂，也提高了成本。

因此，本发明的主要目的是消除现有技术中，微弧氧化方法的缺点，并提供一种获得膜层厚、致密度高、硬度高、具有非常好的耐磨、耐蚀、耐压绝缘和抗高温冲击特性的微弧氧化膜的方法。

本发明的另一目的是提供一种对电网没有干扰，没有冲击和环境污染的微弧氧化的方法。

本发明的又一目的是提供一种装置简单，而又经济，镀覆操作简便又稳定的方法，在整个微弧氧化过程中，不需改变电解质溶液的浓度。因而此溶液浓度基本不变，可重复使用，并可获得膜层厚，致密度和硬度高的陶瓷氧化层。