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山西微弧氧化设备的工作原理及特点

时间:2023-08-05 22:34:17 点击:19970次

或许很多人会觉得微弧氧化设备听着很陌生,但实际上微弧氧化技术已经应用在许多领域,如医疗、航空、化工、电子、汽车等各行各业。今天做个简单的介绍,以便大家对微弧氧化设备有个更深的认识。

微弧氧化技术(MicroarcOxidation ,MAO)又称为液相等离子体电解氧化技术(Plasma Electrolytic Oxidation ,PEO)是指利用铝、镁、钛等阀金属表面产生的微弧放电,使金属基体与电解液中的元素发生复杂的物理化学反应,最终生成一层以金属基体氧化物为主要成分的陶瓷层的技术。目前微弧氧化技术主要应用在铝、镁、钛等阀金属的表面处理上,该类金属因为具备较宽的钝化电压范围,作为阴极时导电,但作为阳极时表面生成钝化膜导致其不导电,利用该特性可以制备较厚的陶瓷氧化膜。该技术是目前铝、镁、钛等金属表面改性技术的研究热点之一。

微弧氧化过程中,放电电压突破传统阳极氧化电压范围。将负载电压由阳极氧化的几十伏上升到几百伏,当超过表面钝化层的击穿强度后便产生弧光放电现象,同时伴随着金属基体的融化、电解液分子的电离,瞬时温度甚至高达10000 K。该过程伴随着复杂的物理化学反应,反应结束后在金属基体外表面原位生成一层以金属基体氧化物为主要成分的陶瓷层。该陶瓷层与金属基体以冶金的方式结合,能显著提高工件的耐蚀性、耐磨性、硬度等。

微弧氧化设备由3个部分组成,主要包括微弧电源、电解槽、冷却系统,如下图所示。

图1 微弧氧化设备示意图

微弧氧化陶瓷层因具有高硬度、高耐磨、耐腐蚀、与基体结合力强、耐高温氧化的特点,已应用于航空、航天、武器、医疗、汽车、机械、石油、化工、船舶、电子等领域核心零部件的表面防护,尤其是针对需要高效防护的镁铝合金、镁锂合金器件,由微弧陶瓷层搭配后续涂装层构成的复合涂层是最优的表面防护技术选项。

微弧氧化陶瓷层主要有以下突出特点:

1、 硬度高、耐磨损。微弧氧化膜层是以金属基体氧化物为主要成分的陶瓷层,如铝合金表面陶瓷层的显微硬度可达到1200 HV以上,显著高于基材150 HV的硬度值。

2、 耐腐蚀性好。金属氧化物陶瓷相在腐蚀环境下能保持稳定,微弧氧化层由表面疏松层和内部致密层构成,通过控制疏松层状态再结合后期封闭处理,能获得优异耐蚀性能。

图2 Al合金微弧氧化陶瓷层截面元素分布

3、 与基体结合性好。微弧氧化陶瓷层在基体表面原位生成,通过冶金的方式与基体紧密结合,经后处理涂装后能显著提高成品复合膜层的结合性能,不易脱落。

图3 微弧氧化陶瓷层截面形貌

4、微弧陶瓷层主要成分氧化铝具有较高热导率和电阻率,是一种比较有潜力的电器热交换材料表面处理工艺。

图4 微弧氧化陶瓷层在LED封装结构中的应用

5、工艺过程简单,易于控制且效率高。实际生产中电解液损耗小,可重复使用,成本进一步降低。

6、对工件要求低,适用性广。面对不同表面粗糙度、不同结构和形状的基材表面均适用,应用广泛。

7、绿色环保、可持续。电解液以中性或弱碱性为主,无重金属和有毒物质,多数基础电解液能长期使用,废水处理成本低。



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