專利名稱：一種鋁、鎂、鈦或其合金的表面陶瓷氧化方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種金屬及其合金的表面陶瓷氧化技術領域，特別是微等離子體弧氧化的方法。
背景技術：
鋁、鎂、鈦或其合金的表面陶瓷氧化技術經(jīng)歷了由陽極氧化到微等離子體弧氧化的發(fā)展歷程。微等離子體弧表面陶瓷氧化技術是在普通陽極氧化的基礎上，利用弧光放電增強并激活在陽極上發(fā)生的反應，從而在以鋁、鎂、鈦或其合金為材料的工件表面形成優(yōu)質的強化陶瓷膜的方法，微等離子體弧表面陶瓷氧化技術是通過專用的微弧氧化電源在工件上施加電壓，使工件表面的金屬與電解液相互作用，在工件表面形成微弧放電，在高溫、電場等因素的作用下，使工件表面形成陶瓷膜，從而達到工件表面強化和耐腐蝕的目的。但是無論國內還是國外，微等離子體弧氧化技術都沒有進入大規(guī)模的工業(yè)應用階段，尤其在大面積高效率微弧氧化生產(chǎn)方面遭遇了技術瓶頸。其原因在于，目前鋁、鎂、鈦或其合金表面微弧氧化的技術水平均需要使用高電壓，峰值電壓一般需700 V以上，這對于工業(yè)生產(chǎn)有安全性制約；另外此技術所需電源功耗大，批量生產(chǎn)所需電源功率一般要達幾百千瓦；電流效率也低，相當一部分電能消耗在電解液上，使電解液快速溫升，必須使用電解液降溫裝置；此外，由于電力線分布難以控制，氧化層的可控性也差。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的旨在提供一種無需高電壓、高能耗、氧化層可控性好的鋁、鎂、鈦或其合金的表面陶瓷氧化方法。本發(fā)明的技術方案是:將以鋁、鎂、鈦或其合金為材料的工件放在電解液中，以所述工件為陽極，在其周圍附加陰極，在陽極和陰極之間加以500V電壓，同時以激光束在工件表面進行掃描，從而在工件表面氧化出原位自生成陶瓷膜。采用本發(fā)明方法可在鋁、鎂、鈦或其合金表面原位自生氧化出陶瓷膜，從而對以鋁、鎂、鈦或其合金為材料的工件進行強化，提高其耐磨性與耐腐蝕性。本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
1、由于激光能量的引入，降低了電化學作用由法拉第區(qū)域轉入到放電區(qū)域的閾值，使鋁陽極表面電化學作用更容易由法拉第區(qū)域轉入到放電區(qū)域，因此可以使氧化電壓由700V以上降至500V以下；
2、由于激光能量的引入，使直流電源所消耗功率可以降低至150KW以下，消耗在電解液溫升上的電流大大減少；
3、由于激光束掃描的可控性，使得陽極工件表面的氧化微等離子體弧也獲得可控性，從而使氧化膜更致密，其顯微硬度最高可達2000HV，并且氧化速度也大大提高；
4、由于電源電壓降低、消耗功率減少及氧化速度提高，使得該技術可以進行大面積的鋁、鎂、鈦或其合金表面的陶瓷氧化。本發(fā)明工藝主要適用于鋁、鎂、鈦或其合金表面的強化、耐磨與耐腐蝕。本發(fā)明所述電解液為PH值為10 11的堿性體系電解液，其優(yōu)點在于:堿性電解液中，陽極反應生成的金屬離子很容易轉變成帶負電的膠體粒子，從而被重新利用。本發(fā)明所述激光束以與工件表面的法線夾角為30 45°的角度輻照于工件表面，此角度的激光輻照使得所產(chǎn)生的激光耦合等離子體弧穩(wěn)定性最好。本發(fā)明所述激光束的掃描速度為450 500mm/min，在此掃描速度范圍下，所產(chǎn)生的氧化陶瓷層致密性最優(yōu)。
圖1為經(jīng)過本發(fā)明工藝處理后的產(chǎn)品金相照片。
具體實施例方式一、電解液準備
所用電解液與常規(guī)微等離子體弧氧化所用電解液相同，即:
采用 Na2Si03、NaOH、Na2WO4 和 C10H14N2O8 Na2 2 H2O 混合，形成 PH 值為 10 11 的電解液，其中，各成份的含量為:
Na2SiO3:8.0 g/1 ；
NaOH:2.0 g/1 ；
Na2WO4:1.0 g/1 ；
C10H14N2O8 Na2 2 H2O:2.0 g/1。二、氧化處理
1、將以鋁、鎂、鈦，或鋁合金、鎂合金、鈦合金為材料的工件放入以上電解液中。2、在工件周圍放置指狀不銹鋼桿體作為陰極，將工件連接電源正極，指狀不銹鋼桿體連接電源負極。3、在電源上施加500V的直流電壓。4、加載激光束，使激光束入射線與工件表面法線夾角為30 45°的角度輻照于工件表面，且激光束的掃描速度為450 500mm/min。三、處理結果:
從圖1的金相照片中可見:在工件表面表面氧化出厚度至少為80 IOOiim的原位自生成陶瓷膜。
權利要求
1.一種鋁、鎂、鈦或其合金的表面陶瓷氧化方法，將以鋁、鎂、鈦或其合金為材料的工件放在電解液中，以所述工件為陽極，在其周圍附加陰極，其特征在于:在陽極和陰極之間加以500V電壓，同時以激光束在工件表面進行掃描，從而在工件表面氧化出原位自生成陶瓷膜。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于:所述電解液為PH值為10 11的堿性體系電解液。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于:所述激光束以與工件表面的法線夾角為30 45°的角度輻照于工件表面。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法,其特征在于:所述激光束的掃描速度為450 500mm/min0`
全文摘要
一種鋁、鎂、鈦或其合金的表面陶瓷氧化方法，涉及一種金屬及其合金的表面陶瓷氧化技術領域，將以鋁、鎂、鈦或其合金為材料的工件放在電解液中，以所述工件為陽極，在其周圍附加陰極，在陽極和陰極之間加以500V電壓，同時以激光束在工件表面進行掃描，從而在工件表面氧化出原位自生成陶瓷膜。采用本發(fā)明方法可在鋁、鎂、鈦或其合金表面原位自生氧化出陶瓷膜，從而對以鋁、鎂、鈦或其合金為材料的工件進行強化，提高其耐磨性與耐腐蝕性。
文檔編號C25D11/26GK103103593SQ20131007210
公開日2013年5月15日 申請日期2013年3月7日 優(yōu)先權日2013年3月7日
發(fā)明者王輝, 左健民 申請人:江蘇理工學院