專利名稱：一種低壓快速微弧氧化技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低壓快速微弧氧化技術(shù)，適用于在鋁、鎂、鈦、鋯、鈮等閥金屬表面原位生長(zhǎng)形成耐蝕、耐磨、絕緣等一系列優(yōu)良性能的陶瓷膜。
背景技術(shù)：
微弧氧化技術(shù)是一種可直 接在鋁、鎂、鈦、鋯、鈮等閥金屬表面原位生長(zhǎng)陶瓷膜的新技術(shù)。自上世紀(jì)70年代在國(guó)外發(fā)現(xiàn)以來(lái)，80年代獲得快速發(fā)展。我國(guó)微弧氧化技術(shù)于上世紀(jì)90年代初由俄羅斯引進(jìn)，國(guó)內(nèi)最早系統(tǒng)研究和應(yīng)用微弧氧化技術(shù)的單位是哈爾濱環(huán)亞微弧氧化技術(shù)有限公司，并申請(qǐng)多項(xiàng)專利。北京師范大學(xué)在90年代后期對(duì)鋁合金、鈦合金等金屬開(kāi)展了一系列工作，獲得863計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助和支持。2000年以后，涌現(xiàn)出西安理工大學(xué)、湖南大學(xué)、燕山大學(xué)等眾多機(jī)構(gòu)對(duì)微弧氧化技術(shù)開(kāi)展研究。國(guó)內(nèi)微弧氧化的溶液目前主要采用的有磷酸鹽體系、硅酸鹽體系、鋁酸鹽體系、碳酸鹽體系、氫氧化鈉體系或上述體系的混合，同時(shí)在上述溶液體系中添加一些有機(jī)物、金屬鹽、無(wú)機(jī)物等添加劑，使某些元素在微弧氧化過(guò)程中進(jìn)入陶瓷膜，獲得性能各異的微弧氧化陶瓷膜層。所用電源主要有交流電源、直流電源、帶脈沖或負(fù)脈沖的脈沖電源。根據(jù)目前的研究結(jié)果來(lái)看，脈沖電源的優(yōu)勢(shì)比較明顯，在降低能耗和提高微弧氧化效率方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。目前國(guó)內(nèi)眾多機(jī)構(gòu)的研究和企業(yè)的應(yīng)用及市場(chǎng)對(duì)微弧氧化技術(shù)的需求，微弧氧化技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入一個(gè)快速時(shí)期。雖然微弧氧化已經(jīng)獲得初步的應(yīng)用，但是仍然存在許多技術(shù)問(wèn)題沒(méi)有得到解決。微弧氧化技術(shù)目前的主要問(wèn)題在于一是電壓比較高，一般氧化工藝起弧電壓在200V左右，終止電壓在500V左右；二是氧化時(shí)間比較長(zhǎng)，目前微弧氧化時(shí)電流密度普遍在ΙΟΑ/dm2左右，在鋁合金表面制備50 μ m的微弧氧化陶瓷膜需要90min左右；三是由于微弧氧化的高電壓，如果采用提高電流密度來(lái)縮短氧化時(shí)間，將會(huì)導(dǎo)致微弧氧化的能耗大幅度增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種低壓快速微弧氧化技術(shù)，該技術(shù)原理可靠，電壓降低到200V以下，制備相同厚度微弧氧化陶瓷膜的氧化時(shí)間縮短為普通微弧氧化的三分之一到八分之一，微弧氧化能耗基本不變，所制備的微弧氧化陶瓷膜疏松層厚度降低，陶瓷膜的硬度平均提高HV300左右。為達(dá)到以上技術(shù)目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案。一種低壓快速微弧氧化技術(shù)，微弧氧化電源采用脈沖電源，將鋁、鎂、鈦、鋯、鈮等閥金屬工件連接在電源的陽(yáng)極，陰極采用普通的鉛板。將工件和陰極一起完全放入硅酸鹽體系氧化液中，氧化液溫度控制在20-50°C，氧化液采用機(jī)械攪拌來(lái)保證溫度均勻。
所述脈沖電源為恒流脈沖氧化電源，峰值電流10A-500A連續(xù)可調(diào)，基值電流為10A-500A連續(xù)可調(diào)，頻率為50Hz-100Hz連續(xù)可調(diào)，占空比為10%_20%連續(xù)可調(diào)，電壓在0V-200V 變化。所述硅酸鹽體系氧化液，由去離子水、硅酸鈉、調(diào)節(jié)劑、低壓起弧劑、增強(qiáng)劑組成。所述去離子水為溶劑，硅酸鈉、調(diào)節(jié)劑、低壓起弧劑、增強(qiáng)劑的配比為硅酸鈉5-10g/L，調(diào)節(jié)劑0.5_2g/L，低壓起弧劑l_2mL/L，增強(qiáng)劑0.1_0.2g/L。所述硅酸鈉為五水硅酸鈉或九水硅酸鈉。所述調(diào)節(jié)劑為氫氧化鋰、氫氧化鈉、氫氧化鉀或其混合物。所述低壓起弧劑為丙三醇。所述增強(qiáng)劑為鉻酸鈉、鎢酸鈉、鑰酸鈉、偏釩酸銨、氟鋯酸鉀或其混合物。所述硅酸鹽體系氧化液配制后需要靜置至少48小時(shí)后才能用于低壓快速微弧氧化技術(shù)。所述低壓快速微弧氧化工藝，峰值電流密度為30_100A/dm2，基值電流密度為10-20A/dm2，頻率為50Hz-100Hz，占空比為10%_20%，最終氧化電壓低于200V，氧化時(shí)間根
據(jù)所要求微弧氧化陶瓷膜厚度確定。本發(fā)明低壓快速微弧氧化技術(shù)適用于鋁合金、鎂合金、鈦合金、鋯合金及鈮合金表面制備微弧氧化陶瓷膜。本發(fā)明采用恒流脈沖氧化電源，將工件和陰極一起放入硅酸鹽體系氧化液中，采用低壓快速微弧氧化工藝對(duì)鋁、鎂、鈦、鋯、鈮等閥金屬及其合金進(jìn)行微弧氧化。與普通微弧氧化技術(shù)相比，微弧氧化電壓降到200V以下，制備相同厚度微弧氧化陶瓷膜的氧化時(shí)間縮短為三分之一到八分之一，微弧氧化能耗基本不變。陶瓷膜疏松層厚度明顯降低，硬度平均提高HV300左右，達(dá)到HV1000以上。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，本發(fā)明所涉及的范圍并非僅限于這五個(gè)實(shí)施例。實(shí)施例I選取一表面積為5dm2招合金,制備50 μ m厚的微弧氧化陶瓷膜。米用20L去離子水，加入五水娃酸鈉200g,氫氧化鋰40g,丙三醇30mL,鉻酸鈉2g配制好氧化液。采用恒流脈沖氧化電源，峰值電流150A，基值電流為50A，頻率為100Hz，占空比為20%，最終氧化電壓182V,氧化時(shí)間32min。實(shí)施例2選取一表面積為5dm2鎂合金,制備50 μ m厚的微弧氧化陶瓷膜。米用20L去離子水，加入五水硅酸鈉120g，氫氧化鈉30g，丙三醇20mL，鎢酸鈉2. 5g配制好氧化液。采用恒流脈沖氧化電源，峰值電流250A，基值電流為60A，頻率為90Hz，占空比為15%，最終氧化電壓190V,氧化時(shí)間26min。
實(shí)施例3選取一表面積為5dm2鈦合金,制備50 μ m厚的微弧氧化陶瓷膜。米用20L去離子水，加入九水娃酸鈉140g,氫氧化鉀35g,丙三醇25mL,鑰酸鈉3g配制好氧化液。采用恒流脈沖氧化電源，峰值電流350A，基值電流為70A，頻率為100Hz，占空比為10%，最終氧化電壓187V,氧化時(shí)間22min。實(shí)施例4選取一表面積為5dm2錯(cuò)合金,制備50 μ m厚的微弧氧化陶瓷膜。米用20L去離子水，加入五水娃酸鈉160g,氫氧化鋰5g,氫氧化鈉20g,丙三醇25mL,氟錯(cuò)酸鉀4g配制好氧化液。采用恒流脈沖氧化電源，峰值電流450A，基值電流為80A，頻率為80Hz，占空比為10%，最終氧化電壓185V,氧化時(shí)間18min。
實(shí)施例5選取一表面積為5dm2銀合金,制備50 μ m厚的微弧氧化陶瓷膜。米用20L去離子水，加入九水娃酸鈉IOOg,氫氧化鋰5g,氫氧化鈉IOg,氫氧化鉀IOg,丙三醇40mL,鉻酸鈉lg，氟鋯酸鉀2g配制好氧化液。采用恒流脈沖氧化電源，峰值電流500A，基值電流為100A，頻率為100Hz，占空比為15%，最終氧化電壓195V，氧化時(shí)間13min。本發(fā)明與普通微弧氧化技術(shù)相比，氧化電壓降到200V以下，制備相同厚度陶瓷膜的時(shí)間縮短為原來(lái)的三分之一到八分之一，微弧氧化能耗基本不變。陶瓷膜疏松層厚度明顯降低，硬度平均提高HV300左右，達(dá)到HV1000以上。
權(quán)利要求
1.一種低壓快速微弧氧化技術(shù)，其特征在于，采用恒流脈沖氧化電源，硅酸鹽體系氧化液，對(duì)鋁、鎂、鈦、鋯、鈮等閥金屬進(jìn)行微弧氧化。
2.如權(quán)利要求I所述的低壓快速微弧氧化技術(shù)，其特征在于，所述恒流脈沖氧化電源，峰值電流10A-500A連續(xù)可調(diào)，基值電流為10A-500A連續(xù)可調(diào)，頻率為50Hz_100Hz連續(xù)可調(diào)，占空比為10%-20%連續(xù)可調(diào)，電壓在0V-200V變化。
3.如權(quán)利要求I所述的低壓快速微弧氧化技術(shù)，其特征在于，所述硅酸鹽體系氧化液由去離子水、硅酸鈉、調(diào)節(jié)劑、低壓起弧劑、增強(qiáng)劑組成，所述去離子水為溶劑，硅酸鈉、調(diào)節(jié)齊U、低壓起弧劑、增強(qiáng)劑的配比為 娃酸鈉5-10g/L, 調(diào)節(jié)劑O. 5-2g/L， 低壓起弧劑l_2mL/L， 增強(qiáng)劑O. 1-0. 2g/L。
4.如權(quán)利要求3所述的低壓快速微弧氧化技術(shù)，其特征在于，所述硅酸鈉為五水硅酸鈉或九水硅酸鈉。
5.如權(quán)利要求3所述的低壓快速微弧氧化技術(shù)，其特征在于，所述調(diào)節(jié)劑為氫氧化鋰、氫氧化鈉、氫氧化鉀或其混合物。
6.如權(quán)利要求3所述的低壓快速微弧氧化技術(shù)，其特征在于，所述低壓起弧劑為丙三醇。
7.如權(quán)利要求3所述的低壓快速微弧氧化技術(shù)，其特征在于，所述增強(qiáng)劑為鉻酸鈉、鎢酸鈉、鑰酸鈉、偏釩酸銨、氟鋯酸鉀或其混合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低壓快速微弧氧化技術(shù)，采用恒流脈沖氧化電源，硅酸鹽體系氧化液，對(duì)鋁、鎂、鈦、鋯、鈮等閥金屬進(jìn)行微弧氧化。所述恒流脈沖氧化電源，峰值電流10A-500A連續(xù)可調(diào)，基值電流為10A-500A連續(xù)可調(diào)，頻率為50Hz-100Hz連續(xù)可調(diào)，占空比為10%-20%連續(xù)可調(diào)，電壓在0V-200V變化。所述硅酸鹽體系氧化液，由去離子水、硅酸鈉、調(diào)節(jié)劑、低壓起弧劑、增強(qiáng)劑組成。本發(fā)明與普通微弧氧化技術(shù)相比，氧化電壓降到200V以下，制備相同厚度陶瓷膜的時(shí)間縮短為原來(lái)的三分之一到八分之一，微弧氧化能耗基本不變。陶瓷膜疏松層厚度明顯降低，硬度平均提高HV300左右，達(dá)到HV1000以上。
文檔編號(hào)C25D11/02GK102877104SQ20121038018
公開(kāi)日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月9日
發(fā)明者王平, 程小偉, 楊丹, 李明, 李早元, 張春梅, 郭小陽(yáng) 申請(qǐng)人:西南石油大學(xué)