[发明专利]一种大面积轻合金微弧氧化表面处理方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于金属表面处理的技术领域，具体地说，本发明涉及一种大面积轻合金微弧氧化表面处理方法。另外，本发明还涉及实施这种方法的装置。

背景技术

轻金属及其合金具有许多显著优点。譬如，比重小、比强度高、刚性好，导热、导电性能优良等。轻合金在现代工业应用中，具有举足轻重的作用，特别是人们对节能、环保、轻量化的共识，更进一步增大了轻合金的需求，同时也加速了轻合金的研究开发。

在现代的工业应用中，铝合金成为仅次于钢铁的第二大金属材料。特别是在先进的成型技术和表面处理技术的复合应用下，使铝合金的应用潜力得以充分发挥。其应用领域进一步扩展。铝及其合金被誉为“21世纪的支柱材料之一”。

镁合金是密度最小的结构金属材料。它具有良好的电磁屏蔽效果，被广泛应用在3C产品。由于具有比强度高、减振性优良等特性，而被汽车制造商青睐。同时，镁合金易于回收利用，对环境无污染，被称为“21世纪绿色金属”。

钛及其钛合金比刚度高，抗腐蚀性好，耐高温性能优异。成为航空航天的生力军。被广泛应用于发动机零部件。另外，钛合金在生物体相容性方面，更显示了广阔诱人的应用前景。被广泛应用于人造骨骼、人造牙齿等。

虽然轻金属及其合金具有上述的一系列优点，但是在应用中还有一些不太令人满意的地方。如耐腐蚀性、耐磨性。

微弧氧化技术起源于20世纪70年代，在国内外有不同的叫法，如“等离子体阳极氧化”、“火花放电沉积”、“阳极火花沉积”等。微弧氧化沿续了阳极氧化的较多特点，但在微弧氧化处理过程中，发生的反应强烈，电压、电流明显高于普通的阳极氧化，产生能量大，膜层性能优异。所以微弧氧化又区别于阳极氧化。

在进行轻合金微弧氧化表面处理时，首先需要除去工件表面的油污、尘土等赃物，并把待处理的工件放入电解液中，应用专门的微弧氧化电源，在工件上施加高电压，强电流，使工件表面产生“火花放电”现象。借助火花放电，在工件表面沉积一层氧化膜。同时，由于高压火花放电产生的局部高温，温度约2000℃，使表面沉积的氧化膜熔融、烧结，并在电解液的“激冷”和“淬火”作用下，形成晶态陶瓷氧化膜。

经过微弧氧化处理得到的氧化膜，具有优异的防腐蚀、耐摩擦功能，极大的提高了工件的使用寿命。

与其他表面改性技术相比，特别是与阳极氧化相比，微弧氧化具有如下的优势：

1、实现了金属与陶瓷两类材料的有机结合。在保持两者各自优越性能的条件下，实现轻金属合金材料表面的强化。材料的耐摩擦、耐腐蚀性能得以优化。

2、微弧氧化操作简单、工艺流程短、对工作条件要求低。成膜速度快、生产效率高，易于实现自动化大批量生产。

3、微弧氧化的电解液属于环保型。溶液排放符合环保要求，易于实现清洁高效生产。

现在通用微弧氧化表面处理，基本操作过程为：

1、工件表面清洗。除去工件表面油污、尘土等脏物。

2、工件整体放入装有电解液的电解槽中。把工件放入电解液中，并用导线与电源的正极相连；电源负极与阴极不锈钢板相连。其中，阴极不锈钢板安装固定在电解槽两侧，钢板长和高接近电解槽的长和高尺寸，钢板面积远大于工件表面处理面积。即，现在的微弧氧化生产方法均为大阴极对小工件生产方式。

3、工件微弧氧化处理。启动微弧氧化电源，对工件进行微弧氧化表面处理。

上述方法的优点是：

能实现小面积工件的连续化大批量生产，生产效率高、易于实现自动化。

上述方法的缺点是：

1、在处理过程中，需要根据电源的额定最大输出功率，确定一次所能处理的工件的最大面积。当工件处理面积大于电源的最大处理面积时，此工件被判定为不能做微弧氧化处理。

2、为了实现大面积工件的微弧氧化处理，现在的多数研发者，试图研制开发超大功率的微弧氧化电源。这样的结果，使微弧氧化成本急剧增加，同时还带来研究开发大功率微弧氧化电源的技术难度。最终导致微弧氧化的工业应用受到限制。

鉴于上述微弧氧化方法存在的局限性，本领域的技术研究开发正在转向改变阴极大小来实现大面积工件的微弧氧化处理。这样的优点是，不必使用大功率电源来处理大面积工件，有效降低成本。