[发明专利]一种铝、镁、钛或其合金的表面陶瓷氧化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属及其合金的表面陶瓷氧化技术领域，特别是微等离子体弧氧化的方法。

背景技术

铝、镁、钛或其合金的表面陶瓷氧化技术经历了由阳极氧化到微等离子体弧氧化的发展历程。微等离子体弧表面陶瓷氧化技术是在普通阳极氧化的基础上，利用弧光放电增强并激活在阳极上发生的反应，从而在以铝、镁、钛或其合金为材料的工件表面形成优质的强化陶瓷膜的方法，微等离子体弧表面陶瓷氧化技术是通过专用的微弧氧化电源在工件上施加电压，使工件表面的金属与电解液相互作用，在工件表面形成微弧放电，在高温、电场等因素的作用下，使工件表面形成陶瓷膜，从而达到工件表面强化和耐腐蚀的目的。 

但是无论国内还是国外，微等离子体弧氧化技术都没有进入大规模的工业应用阶段，尤其在大面积高效率微弧氧化生产方面遭遇了技术瓶颈。

其原因在于，目前铝、镁、钛或其合金表面微弧氧化的技术水平均需要使用高电压，峰值电压一般需700V以上，这对于工业生产有安全性制约；另外此技术所需电源功耗大，批量生产所需电源功率一般要达几百千瓦；电流效率也低，相当一部分电能消耗在电解液上，使电解液快速温升，必须使用电解液降温装置；此外，由于电力线分布难以控制，氧化层的可控性也差。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种无需高电压、高能耗、氧化层可控性好的铝、镁、钛或其合金的表面陶瓷氧化方法。

本发明的技术方案是：将以铝、镁、钛或其合金为材料的工件放在电解液中，以所述工件为阳极，在其周围附加阴极，在阳极和阴极之间加以500V电压，同时以激光束在工件表面进行扫描，从而在工件表面氧化出原位自生成陶瓷膜。

采用本发明方法可在铝、镁、钛或其合金表面原位自生氧化出陶瓷膜，从而对以铝、镁、钛或其合金为材料的工件进行强化，提高其耐磨性与耐腐蚀性。

本发明具有以下优点：

1、由于激光能量的引入，降低了电化学作用由法拉第区域转入到放电区域的阈值，使铝阳极表面电化学作用更容易由法拉第区域转入到放电区域，因此可以使氧化电压由700V以上降至500V以下；

2、由于激光能量的引入，使直流电源所消耗功率可以降低至150KW以下，消耗在电解液温升上的电流大大减少；

3、由于激光束扫描的可控性，使得阳极工件表面的氧化微等离子体弧也获得可控性，从而使氧化膜更致密，其显微硬度最高可达2000HV，并且氧化速度也大大提高；

4、由于电源电压降低、消耗功率减少及氧化速度提高，使得该技术可以进行大面积的铝、镁、钛或其合金表面的陶瓷氧化。

本发明工艺主要适用于铝、镁、钛或其合金表面的强化、耐磨与耐腐蚀。

本发明所述电解液为PH值为10～11的碱性体系电解液，其优点在于：碱性电解液中，阳极反应生成的金属离子很容易转变成带负电的胶体粒子，从而被重新利用。

本发明所述激光束以与工件表面的法线夹角为30～45°的角度辐照于工件表面，此角度的激光辐照使得所产生的激光耦合等离子体弧稳定性最好。

本发明所述激光束的扫描速度为450～500mm/min，在此扫描速度范围下，所产生的氧化陶瓷层致密性最优。

附图说明

    图1为经过本发明工艺处理后的产品金相照片。

具体实施方式

一、电解液准备

所用电解液与常规微等离子体弧氧化所用电解液相同，即：

采用Na₂SiO₃、NaOH、Na₂WO₄和 C₁₀H₁₄N₂O₈ Na₂·2 H₂O混合，形成PH值为 10 ～ 11的电解液，其中，各成份的含量为：

Na₂SiO₃ ：8.0 g/l；

NaOH ：2.0 g/l；

Na₂WO₄：1.0 g/l；

C₁₀H₁₄N₂O₈ Na₂·2 H₂O：2.0 g/l 。

二、氧化处理

1、将以铝、镁、钛，或铝合金、镁合金、钛合金为材料的工件放入以上电解液中。