[发明专利]铝合金表面氧化处理装置及处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种表面氧化处理技术，特别是一种铝合金表面氧化处理装置及处理方法。

背景技术

铝和铝合金因重量轻、比强度高、易成型等优点，在汽车和航空工业中得到大量应用，但其耐磨性和抗点蚀性能较差。尽管铝及其合金本身熔点和硬度都很低，但铝的氧化物却有很高的熔点、硬度和化学、热学稳定性，可以用作多种材料的保护层，并已得到广泛的研究。为克服铝合金耐磨性和抗点蚀性能较差的缺点，扩大应用范围，延长使用寿命，通常对铝合金表面进行氧化以改善铝合金性能。氧化膜层具有较高的硬度和耐磨性、极强的附着能力、较强的吸附能力、良好的抗蚀性和电绝缘性及高的热绝缘性。由于这些特异的性能，使之在各方面都获得了广泛的应用。

传统的铝合金表面氧化工艺存在诸多缺点：如化学氧化和直流阳极氧化处理后的氧化膜存在质软、硬度低、耐磨性差、抗蚀性差和绝缘绝热性差等缺陷；微弧氧化表面存在大量的孔洞，氧化层表面有裂纹存在；传统等离子体氧化技术一般把工件作为阴极，氧化和溅射同时存在、同时进行的，造成表面打弧、体积效应等不利因素。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要一种铝合金表面氧化处理装置及处理方法，增强氧化效果、避免工件作为阴极所产生打弧和体积效应问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种铝合金表面氧化处理装置包括真空炉、进气系统、抽真空系统、供电系统、测温系统、冷却系统，所述的进气系统包括气瓶、稳压阀和进气口，进气口安装在真空炉顶部，通过稳压阀与气瓶相连；所述的供电系统采用脉冲直流高压电源或直流溅射高压电源；所述的测温系统为常用KS型-热电偶；所述的抽真空系统包括真空泵及其管路，所述的真空泵通过管路与真空炉相连；所述的真空炉为离子扩渗设备，包括冷却观察室窗、炉壁、底座和炉门，所述的炉壁与阳极电源相连；所述的真空炉内安装有工件平台和空心阴极辅助装置；所述的工件平台包括支座、载物台、绝缘体，所述的绝缘体由中心平台和绝缘环组成、位于支座上，所述的支座位于真空炉底座上，所述的载物台位于绝缘体的中心平台上，用于放置工件，所述的载物台与阳极电源连接；所述的空心阴极辅助装置由两个直径不同且带有孔洞的大圆筒和小圆筒组成，所述的大圆筒和小圆筒构成同轴双层圆筒，位于绝缘体的绝缘环上，并通过绝缘环隔离，所述的小圆筒和大圆筒分别与阴极电源连接。

本发明所述的大圆筒和小圆筒由不锈钢制成，小圆筒的直径为300～350mm，大圆筒的直径为320～370mm，并保持大圆筒与小圆筒的间距为8～10mm，小圆筒的筒壁上平均分布直径为7～10mm的孔洞，孔洞边缘最小间距为8～10mm。

一种铝合金表面氧化处理方法包括以下步骤：

A、工件的清洗与装炉

用工业清洗剂清洗工件表面，然后进行装炉，将工件放置在载物台上，将载物台与阳极电源相连；

B、抽真空、起辉

启动真空泵抽气，同时启动冷却系统，由进水口进水，通过出水口排水，期间通过冷却观察室窗的窗口观察水流是否通畅；当真空炉内真空度达到13.3～133Pa时，通过进气口充入净化过的氧气，氧气经过小圆筒的孔洞，均匀分布在整个真空炉内，使工件周围氧气浓度均衡；调节氧气的流量，使真空炉内的压强保持在133-1333Pa，打开电源，使真空炉内的氧气在高压电场的作用下发生电离，产生辉光放电效应；

C、升温阶段

其后续的操作随氧化工艺不同而变化，可向真空炉内连续通入氧气达到要求的低气压，范围50～1000Pa，并逐步调节电压、电流，控制氧化温度，通过流量计调节真空炉内气压；调节大圆筒与小圆筒之间的间距，接通大圆筒和小圆筒上的阴极电源，使双层圆筒保持空心阴极放电；期间可根据实际情况充入氩气，让氩气引起溅射，从而增加氧化放电强度，在工件表面形成氧化膜层；

D、保温阶段

根据工艺要求，在300-600℃的温度下，保温1-4h；

E、冷却阶段

将真空炉内抽成低真空，关掉电源；待工件随真空炉冷却到100℃时出炉。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：