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一、微弧氧化理论:1、微弧氧化定义:
微弧氧化(Microarc oxidation,MAO)又称微等离子体氧化(Microplasma oxidation, MPO),是通过电解液与相应电参数的组合,在铝、镁、钛及其合金表面依靠弧光放电产生的瞬时高温高压作用,生长出以基体金属氧化物为主的陶瓷膜层。
2、微弧氧化理论:
微弧氧化又称微等离子体氧化,指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、钛、镁金属及其合金为材料的工件表面形成优质的强化陶瓷膜的方法,是通过用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质溶液相互作用,在工件表面形成微弧放电,在高温、电场等因素的作用下,金属表面形成陶瓷膜,达到工件表面强化的目的。
3、微弧氧化特点:
(1)材料表面硬度高,可达1000—2000HV.
(2)良好的耐磨性能
(3)工艺可靠,设备简单,操作方便。
二、微弧氧化所需设备:1、输入电源:
采用三项380V电压。
2、微弧氧化电源
因电压要求较高(一般在510—700V之间),需专门定制。通常配备硅变压器。电源输出电压:0—750V可调电源输出最大电流:5A、10A、30A、50A、100A等可选。
3、微弧氧化槽及配套设施
槽体可选用PP、PVC等材质,外套不锈钢加固。可外加冷却设施或配冷却内胆。
4、挂具及阴极材料
挂具可选用铝或铝合金材质,阴极材料选用不溶性金属材料,推荐不锈钢。
三、微弧氧化槽液:微弧氧化主要针对铝、镁、钛等材质。铝钛可选用同一种液体。
1.氧化液密度:不同液体有不同比重,大体比重在1.0—1.1不等。
2.氧化液工作电压:400V—750V。
3.电流密度:液体不同,工件电流密度不同。大体约:每平方分米0.01—0.1安培。但也有大电流情况出现,且超过每平方分米8安培。
4.微弧氧化时间:10—60分钟,时间越长,膜层越致密,但粗糙度也增加。
5.液体酸碱度:碱性,PH通常为8—13
6.微弧氧化工艺流程:
去油 ---- 水洗 ---- 微弧氧化 ---- 纯水洗 ---- 封闭
四、参数设计及核算:1.电压选择:可通选0—750V电压。
2.电流选择:可通过电流密度来选择接近规格,有5A、10A、60A、120A等 可选。
3.耗电量:0.05--0.1KWh/μm.dm2
4.膜层厚度:10μM--400μM(根据需要)
5.膜层硬度:HV500--2000,最高可达3000HV(根据需要)
6.电绝缘性:>100MΩ
7.氧化层生长速度:50--100μm/h
8.耐腐蚀性:盐雾试验1000h,无明显腐蚀
五、微弧氧化工作影响因素:1.工件材质及表面状态
(1)微弧氧化对铝材要求不高,不管是含铜或是含硅的难以阳极氧化铝合金,均可用于微弧氧化,且能得到理想膜层。
(2)表面状态一般不需要经过抛光处理,对于粗糙的表面,经过微弧氧化,可修复的平整光滑;对于粗糙度低(即光滑)的表面,则会增加粗糙度。
2.液体成分对氧化造成的影响
电解液成分是得到合格膜层的关键因素。微弧氧化液一般选用含有一定金属或非金属氧化物碱性盐溶液,如硅酸盐、磷酸盐、硼酸盐等。在相同的微弧电解电压下,电解质浓度越大,成膜速度就越快,溶液温度上升越慢,反之,成膜速度较慢,溶液温度上升较快。
3.电压及电流的影响
可记住此专业术语的含义:
击穿电压:工件表面刚刚产生微弧放电的电解电压
不同的工件材质,不同的液体配方,可使用击穿电压不同。不同的微弧氧化电压,可得到不同的膜层性能,表面状态和膜层厚度。
微弧氧化可采用控制电压法或控制电流法进行。
控制电压法:在一定的阳极电压下,使工件表面形成一定厚度的绝缘氧化膜层,然后增加电压至一定值进行阳极氧化。当微弧氧化电压刚刚达到控制值时,通过的氧化电流一般都较大,可达10A/dm2左右,随着氧化时间的延长,陶瓷氧化膜不断形成与完善,氧化电流逐渐减小,最后小于1A/dm2。
控制电流法:根据工件液体,计算出所需电流即可,此法比较简单。如电解抛光现在即使用此法。
4.温度对微弧氧化的影响
微弧氧化与阳极氧化不同,所需温度范围较宽。一般为10—90度。温度越高,成膜越快,但粗糙度也增加。且温度高,会形成水气。一般建议在20—60度。由于微弧氧化以热能形式释放,所以液体温度上升较快,微弧氧化过程须配备容量较大的热交换制冷系统以控制槽液温度。
5.时间对微弧氧化的影响
微弧氧化时间一般控制在10~60min。氧化时间越长,膜的致密性越好,但其粗糙度也增加。
6.阴极材料
阴极材料可选用不锈钢,碳钢,镍等,可将上述材料悬挂使用或做成阴极槽体。
7.后处理对微弧氧化的影响
微弧氧化过后,工件可不经过任务处理直接使用,也可进行封闭,电泳,抛光等后续处理。
六、工艺特点:1.工艺过程简单,占地小、处理能力强,生产效率高。
2.无毒环保,该液体不含有毒物质和重金属。再生重复使用效率高。
3.提高工件表面硬度、增强耐磨性能
4.抗腐蚀性能、绝缘性能优良。
5.通过改变工艺参数可得到不同特性的氧化膜层。如致密性、膜层厚度、抗腐蚀性,绝缘性等。
6.通过改变液体成分,可使膜层有特种性能,或得到不同颜色。
7.该工艺可代替阳极氧化,且效果远远优于阳极氧化。
七、微弧氧化的应用范围:微弧氧化膜层
应用领域
耐蚀涂层
化工设备、建筑、泵部件
耐磨涂层
防治机械、发动机部件、管道
电防护图层
电子、化工设备、能源工业
装饰涂层
仪器仪表,土木工程
光学涂层
精密仪器
功能性涂层
医疗设备、医用材料
天元智造微弧氧化产品效果图:
天元智造微弧氧化参数
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