[發明專利]大尺寸工件表面電場拘束微距微弧氧化的處理方法及裝置

有效

• 申請號: 200910071792.0
• 申請日: 2009-04-16
• 公開（公告）號: CN101550579A
• 公開（公告）日: 2009-10-07
• 發明（設計）人: 田修波;張欣盟;鞏春志;楊士勤
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C25D11/02
• 分類號: C25D11/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所
• 代理人: 朱永林

技術領域

本發明涉及一種工件表面微弧氧化的處理方法及裝置，屬于有色金屬及其合金表面處理技術領域。

背景技術

微弧氧化是一種在Al、Mg和Ti等有色金屬及其合金表面原位生長氧化物陶瓷的新技術。它是在傳統陽極氧化的基礎上發展而來，但又突破了陽極氧化對電壓的限制，所施加的電壓較高。其實質是當鋁、鎂、鈦等閥金屬放入溶液中，通電后在基體金屬表面立即生成一層較薄的氧化物絕緣薄膜，隨著電壓的升高，電解液與金屬界面處的電勢急劇增加，致使已形成的氧化物絕緣薄膜的薄弱處被擊穿，發生微弧放電現象。該技術通過微弧放電區域高溫高壓的產生，使常溫下一些不可能發生的反應成為可能，最終在基體金屬表面原位生長一層連續、均勻、結合力良好的陶瓷膜。此技術能實現耐磨、防腐、耐熱沖擊、耐電擊穿以及具有生物活性等各種功能的陶瓷膜的制備，因此在許多領用具有廣泛的應用前景。

微弧氧化技術雖具有上述眾多優點，但它的技術劣勢也大大限制了它的廣泛應用，該技術的最大缺點是單位面積微弧氧化功耗太大、無法實現對大尺寸工件的微弧氧化處理，這是由于維持微弧放電需要的大電流和高電壓固有特性所決定的。例如，一般情況下微弧氧化電壓在500V左右，電流密度常約為10A/dm²，而對一個普通汽車活塞外表(汽車活塞外表面積大約為4dm²)的處理就需要至少20KW功率輸出。因此，到目前為止微弧氧化技術的應用也多是集中在尺寸較小的一些零部件上，而對大尺寸工件的處理則很難實現。針對此問題，很多學者進行了大量研究，但無論是通過電源功率的增大或輸出模式改變，還是通過電參數或溶液體系等方面的優化，一次性處理的最大面積也僅為3m²左右。另外，在對大尺寸工件處理時，由于工作電流較大，必須配備龐大的冷卻系統對電解液的溫度進行控制，同時，由于電流太大，也增大了配電要求，這些都增加了微弧氧化技術的難度及成本，從而制約了微弧氧化對大面積工件的處理的實現。

在對微弧氧化設備、電參數及電解液等方面研究的同時，還有人采用了非常規的微弧氧化方法，即并非將待處理工件整體浸入處理液中，而僅是使待處理工件的局部區域與電解液接觸，從而實現待處理工件從局部到整體的處理。如公開號為CN?2789279Y、名稱為“微弧氧化摩擦式陰極”的專利采用了一種類似于金屬刷鍍的摩擦式陰極結構，實現對大尺寸工件表面的微弧氧化處理。其工作原理是：采用尼龍網材料制成的陰極套將陰極包好，通過注液管把電解液注入陰極套，操作陰極，使含有電解液的陰極頭及包套在欲被陶瓷化的工件表面以一定速度相對摩擦運動，從而實現工件表面的整體處理。此方法能夠實現對大尺寸工件的處理，但也存在著不足。由于此方法采用了非整體浸沒的工作方式，這將導致基體、電解液和空氣三者的交界處放電劇烈，氧化物陶瓷膜層燒蝕嚴重，因此界面效應難以消除。此外，公開號為CN?101037782A、名稱為“大面積工件表面的微弧氧化處理方法及其裝置”的專利通過采用功能罩把工件的處理部位與外界完全隔開、使大面積工件的表面作為電解槽內壁組成部分的辦法，來實現工件表面局部或由局部至整體的微弧氧化。此方法適合于大尺寸工件局部的定點陶瓷化，但在對大面積工件進行整體處理時卻存在很多問題。鑒于公開號為CN?101037782A的專利存在著諸如生產效率低、難以實現自動連續化處理等不足，公開號為CN?101368286A、名稱為“一種大面積輕合金微弧氧化表面處理方法及裝置”的專利，公開了一種能夠在電解液內實現對大面積工件微弧氧化處理的方法和裝置。此專利簡化了大面積輕合金工件的微弧氧化處理工藝，降低了生產成本、提高了生產效率。但由于該專利的陰極結構，必須保證“陽極工件與陰極電極裝置間距離大于5cm”的條件，而較大的陰極/陽極間距會帶來兩方面的問題：1)因陰極電場具有自發散效應，當陰陽電極間距離較大時，使得陰極影響區很大(遠大于陰極面積)，產生附加放電，放電電流仍然很大；2)由于較大的陰陽電極間距離也造成了較大的溶液阻抗，空耗能量，從而降低了電輸出能量的利用率。但如果陰陽極間距離太小，將會影響到反應產物(膠體及氣體等)的排出和電解液的交換，進而影響到所生成氧化物陶瓷膜層的質量，甚至會由于氣障效應出現微弧中斷現象。所以為了提高處理電源效率，需要減小陰極-陽極距離，因此陰極結構必須改進，提高陰極的通透性，以便于溶液流動和反應產物排除，進而實現微距微弧氧化。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有的微弧氧化的處理方法及裝置存在的陰陽電極間距離較大和電輸出能量的利用率低的問題，進而提供一種大尺寸工件表面電場拘束微距微弧氧化的處理方法及裝置。