钛合金的微弧氧化
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钛合金微弧氧化膜厚钛合金是一种具有优异性能的金属材料,其微弧氧化膜厚是指在钛合金表面形成的一层氧化膜的厚度。
微弧氧化是一种通过在电解液中施加高压电弧放电来形成氧化膜的表面处理技术。
钛合金具有很高的强度和耐腐蚀性能,因此广泛应用于航空航天、汽车制造、医疗器械等领域。
然而,钛合金表面的氧化膜厚度对其性能有着重要影响。
下面将从不同角度探讨钛合金微弧氧化膜厚的影响因素及其应用。
钛合金微弧氧化膜厚的影响因素主要包括电解液成分、放电电压、电解液温度等。
不同的电解液成分会导致不同的氧化膜厚度,如硫酸盐电解液可形成较厚的氧化膜,而磷酸盐电解液则形成较薄的氧化膜。
电解液温度的升高可以增加氧化膜的厚度,而放电电压的增加也会导致氧化膜厚度的增加。
钛合金微弧氧化膜厚的变化对其性能有着重要影响。
一般来说,较厚的氧化膜能够提供更好的耐腐蚀性能和耐磨损性能,同时也能够增加钛合金的表面硬度。
然而,过厚的氧化膜可能会导致氧化膜的结构不稳定,从而降低其性能。
钛合金微弧氧化膜厚的控制方法有很多种。
首先,可以通过调整电解液成分和电解液温度来控制氧化膜的厚度。
其次,可以通过调整放电电压和放电时间来控制氧化膜的厚度。
此外,还可以通过改变微弧氧化工艺参数来控制氧化膜的厚度。
钛合金微弧氧化膜厚的变化对其应用领域也有着重要影响。
在航空航天领域,较厚的氧化膜可以提供更好的耐腐蚀性能和耐磨损性能,从而延长钛合金零件的使用寿命。
在汽车制造领域,微弧氧化可以为汽车外观提供不同颜色和纹理的表面,从而增加汽车的美观性和附加值。
在医疗器械领域,微弧氧化膜可以提高钛合金医疗器械的表面硬度和耐腐蚀性能,从而提高其使用寿命和安全性。
钛合金微弧氧化膜厚是一项重要的表面处理技术,对钛合金材料的性能和应用有着重要影响。
通过调整电解液成分、放电电压和工艺参数等控制方法,可以实现钛合金微弧氧化膜厚的精确控制。
钛合金微弧氧化膜厚的变化对其性能和应用有着重要影响,因此在具体应用中需要根据实际需求进行选择和调整。
钛合金黑色微弧氧化
摘要:
1.钛合金黑色微弧氧化的简介
2.钛合金黑色微弧氧化的优点
3.钛合金黑色微弧氧化的应用领域
4.钛合金黑色微弧氧化的未来发展前景
正文:
钛合金黑色微弧氧化是一种新型表面处理技术,主要适用于钛合金等高性能金属材料的表面处理。
该技术通过微弧放电产生的高温高能量等离子体,使金属材料表面发生氧化反应,形成一层具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性的黑色氧化膜。
钛合金黑色微弧氧化具有以下优点:
首先,提高硬度和耐磨性。
经过微弧氧化处理后的钛合金表面硬度可以达到HV500-800,耐磨性比未处理前提高数十倍,大大提高了零件的使用寿命。
其次,增强耐腐蚀性。
氧化膜具有良好的耐腐蚀性能,可有效保护基体材料免受腐蚀介质的侵蚀,延长使用寿命。
再次,良好的抗疲劳性能。
微弧氧化膜具有较高的内应力和良好的韧性,可有效改善基体材料的抗疲劳性能,提高零件的使用寿命。
钛合金黑色微弧氧化技术已广泛应用于航空航天、医疗器械、化工、电子等领域。
在航空航天领域,该技术可用于提高飞机发动机叶片、机翼等部件的耐磨性和抗疲劳性能;在医疗器械领域,可用于提高钛合金人工关节、牙科种
植体等产品的耐腐蚀性和耐磨性;在化工领域,可用于提高钛合金泵、阀门等设备的使用寿命。
随着科技的发展和市场需求的提高,钛合金黑色微弧氧化技术在未来有着广阔的发展前景。
在航空航天、医疗器械等领域对高性能金属材料的需求不断增加,钛合金黑色微弧氧化技术将得到更广泛的应用。
钛合金微弧氧化技术1.钛合金微弧氧化概述微弧氧化( Microarc oxidation,MAO) 又称微等离子体氧化(Micmplasma oxidation,MPO),由于在研究这项技术的过程中,对微弧氧化本质认识的不同,因此在发展过程中出现了不同的术语:阳极火花沉积,火花放电阳极氧化,等离子体电解阳极化处理,而一般称为微弧氧化或微等离子体氧化。
微弧氧化是指把有色金属放在电解液中,利用微弧放电在金属表面原位生长氧化膜的技术。
该氧化膜具有优良的性质,主要应用于机械、电气、汽车、武器装备、航天和航空等行业的关键零部件的表面处理,解决表面的高温烧蚀、磨损和腐蚀等问题。
比如,俄罗斯在制造洲际弹道导弹子母弹的生产过程中应用了微弧氧化技术,水上快艇高速发动机缸体下套与活塞经过微弧氧化处理后,耐磨性提高了几十倍,这些都是其它表面处理技术无法代替、无法比拟的。
早在20世纪30年代初德国科学家A.Gunterschulz和H.Betz 第一次报道了在高电场下浸在液体里的金属表面出现火花放电现象,火花对氧化膜具有破坏作用在没有发现产生硬质层的条件下,做出了“为了得到高质量的涂层,就不应该用高于出现火花时的电压”的结论,但他们为火花阳极氧化奠定了初步的理论基础。
这一观点一直延续到2 0世纪7 O年代,尽管少数学者对这一现象持保留观点,但始终没能彻底改变这个结论。
1969年,前苏联科学家G.A.Markov 在向铝及铝合金材料施加高于火花区电压时,突破性地获得了高质量的氧化膜,这种膜层具有很好的耐磨性和耐腐蚀性,他把这种在微电弧条件下通过氧化获得涂层的过程称为微弧氧化( Microarc Oxidation,MAO) 。
此后G.A. 一Markov 课题组进行大量基础性研究,并在此基础上进行了应用研究。
期间美国、德国对此技术也进行广泛的研究,其中包括实际应用。
从文献上看,美国、德国前苏联三国基本上各自独立地发展这项技术,相互之间文献引用很少。
钛合金微弧氧化电源要求标准钛合金微弧氧化(MAO)是一种在钛合金表面形成致密、坚固和耐腐蚀的氧化层的表面处理技术。
通过在钛合金表面形成微米级的氧化层,可以显著提高钛合金的表面硬度、耐磨性和耐腐蚀性能。
在进行钛合金微弧氧化处理时,电源的要求标准是十分关键的。
1. 电源的稳定性钛合金微弧氧化过程需要一定的电能来形成氧化层。
电源的稳定性是至关重要的。
任何电源的波动或不稳定性都可能导致氧化层的质量和厚度不均匀,从而影响到最终的表面性能。
一台优质的电源应具有出色的稳定性和可靠性,可以确保在整个微弧氧化过程中提供稳定的电能输出。
2. 电源的调节性在钛合金微弧氧化过程中,氧化层的厚度和质量通常需要进行精确的控制。
电源应具有良好的调节性,可以根据工艺要求调节电能输出,以满足不同的处理需求。
一个灵活性强的电源,能够满足不同厚度和质量要求的氧化层形成,提高了微弧氧化工艺的可控性和适用性。
3. 电源的安全性由于在微弧氧化过程中使用的是高压电源,因此电源的安全性是至关重要的。
一台优质的电源应具有完善的安全保护系统,能够有效地避免因电气故障或操作失误而导致的安全事故。
对于操作人员来说,电源的安全性也意味着操作简单、易懂,减少了操作失误的可能性。
4. 电源的节能环保性节能环保一直是现代工业发展的重要方向,钛合金微弧氧化工艺也不例外。
电源的节能环保性也应成为选择的重要考量。
一台高效节能的电源可以降低微弧氧化工艺的能耗,减少对环境的影响,符合可持续发展的要求。
在选择钛合金微弧氧化电源时,以上几点是需要重点考虑的标准。
只有在电源的稳定性、调节性、安全性和节能环保性都得到满足的情况下,才能确保微弧氧化工艺的稳定可靠,并获得高质量的氧化层形成。
在钛合金微弧氧化工艺中,电源的要求标准是决定最终产品质量的关键因素。
一台高质量的电源应具有稳定性、调节性、安全性和节能环保性,以确保微弧氧化工艺的稳定可靠和高效节能。
对于制造商来说,选择合适的微弧氧化电源不仅可以提高生产效率,还能够降低能耗和环境影响,实现经济效益和社会效益的双赢。
不同NaOH浓度对TC4钛合金微弧氧化的影响TC4钛合金是一种具有优良机械性能和耐腐蚀性能的材料,在航空、汽车、医疗等领域得到广泛应用。
微弧氧化技术是一种新型表面处理技术,能够在金属表面形成一层具有高硬度、耐磨损、耐腐蚀性能的陶瓷涂层,提高材料的使用寿命。
在微弧氧化过程中,NaOH作为电解液起着重要的作用。
本文将探讨不同NaOH浓度对TC4钛合金微弧氧化的影响。
首先,NaOH浓度对微弧氧化处理后的涂层厚度有重要影响。
当NaOH浓度增加,电解液的离子浓度增大,且电导率提高,能量密度也有变化,因此可以改变涂层的形成速率。
实验结果表明,NaOH浓度从0.5M增加到1M,微弧氧化处理后的涂层厚度由4.4μm增加到5.2μm,涂层厚度随NaOH浓度的增加呈现出先增加后降低的趋势。
但是,当NaOH浓度继续增加到2M时,涂层厚度变薄,且涂层表面粗糙度增加。
这是因为高浓度NaOH电解液中,离子浓度过高,产生局部气泡并激发金属的局部腐蚀,导致涂层表面的结晶不完整,甚至出现裂纹和孔洞。
其次,NaOH浓度对微弧氧化处理后的涂层颜色有直接影响。
微弧氧化涂层的颜色主要由TiO2的晶型和厚度决定。
实验表明,当NaOH浓度从0.5M提高到1.5M时,可以得到较厚的涂层和较深的颜色,且涂层呈现出一定的透明性;而当NaOH浓度继续增加到2M时,涂层颜色变为灰白色,同时涂层的透明性明显降低。
这是由于高浓度NaOH电解液对微弧氧化过程中产生的TiO2物种具有明显的钝化作用,导致晶体生长速度变缓,使得涂层中存在大量的非晶态物种,从而降低了涂层的透明性。
再次,NaOH浓度对微弧氧化涂层的耐腐蚀性能有重要影响。
实验结果表明,NaOH浓度增加可以增强涂层的耐腐蚀性。
当NaOH浓度从0.5M增加到1.5M时,涂层的耐腐蚀性能得到了明显的提高。
原因在于NaOH浓度增加可以提高涂层内部的颗粒分布和晶体结构的规整性,降低了涂层的孔隙率,减少了电子的传输阻力,同时增加了涂层的抗腐蚀性。
钛合金微弧氧化膜厚钛合金是一种具有优异性能的金属材料,广泛应用于航空航天、汽车、医疗器械等领域。
为了进一步提升钛合金的表面性能,微弧氧化技术被广泛应用于钛合金的表面处理中。
微弧氧化是一种通过在电解液中形成微弧放电来处理金属表面的技术,可以在钛合金表面形成一层均匀且致密的氧化膜。
本文将从微弧氧化膜的厚度方面进行探讨。
微弧氧化膜的厚度对钛合金的性能有着重要影响。
一般来说,微弧氧化膜的厚度与氧化时间密切相关。
氧化时间越长,膜的厚度越大。
而膜的厚度直接影响着钛合金的耐腐蚀性能、硬度和耐磨性能等。
研究表明,当微弧氧化膜的厚度在20-40微米范围内时,钛合金的耐腐蚀性能和硬度能够得到有效提升。
因此,在实际应用中,可根据具体需求来控制微弧氧化膜的厚度。
微弧氧化膜的厚度不仅与氧化时间有关,还与电解液的成分和工艺参数有关。
电解液的成分、浓度和温度等因素都会影响微弧氧化过程中膜的生长速度和厚度。
例如,提高电解液的浓度和温度可以加快膜的生长速度,从而获得更厚的氧化膜。
此外,微弧氧化过程中的工艺参数,如电压、电流和处理时间等,也会对膜的厚度产生影响。
因此,在进行微弧氧化处理时,需要合理选择电解液成分和工艺参数,以得到所需的膜厚度。
微弧氧化膜的厚度还会影响其它性能指标,如颜色和摩擦系数等。
由于微弧氧化膜的厚度决定了其孔隙率和表面形貌,因此不同厚度的膜会呈现出不同的颜色。
一般来说,微弧氧化膜的颜色会随着厚度的增加而发生变化,从浅灰色到深灰色再到黑色。
需要注意的是,在微弧氧化过程中控制膜的厚度并不是一件容易的事情。
微弧氧化技术是一种复杂的物理化学过程,涉及到电化学反应、离子传输和膜的生长等多个方面。
因此,在实际操作中需要有丰富的经验和专业的知识。
同时,合理选择电解液成分和工艺参数,以及进行精确的时间控制,也是控制微弧氧化膜厚度的关键。
微弧氧化膜的厚度对钛合金的性能有着重要影响。
通过控制氧化时间、选择合适的电解液成分和工艺参数,可以获得所需的膜厚度,从而提升钛合金的耐腐蚀性能、硬度和摩擦性能等。
第37卷第6期2020年12月VoO37No.6Decembee2020Ti穀臧TC4钛合金微弧氧化膜层高温氧化性能研究郝国栋,罗丽妍,苏爽月,邵长斌,尹龙承,贾相华,郝春丽(牡丹江师范学院,黑龙江牡丹江157012)摘要:利用微弧氧化(MAO)技术在TC4钛合金表面原位制备陶瓷膜层,并通过硅酸钠水溶液对膜层进行了封孔处理。
采用X射线衍射仪!XRD)了膜层相组成,通过扫描电子显微镜(SEM)观察了膜层表面形貌。
通过伸测试,比较了膜层在封孔前后与基体的结合强度。
利用高温氧化实验,考察了TC4基体及膜层封孔前后的抗高温氧化性能。
结果表明:微弧氧化膜层与基体间的结合强度较高,经封孔处理及高温氧化100h后,膜基结合强度降低至4.29MPa%与TC4基体相比,微弧氧化膜层的高温氧化增重量小,抗高温氧化得到了显著的%封孔处理提高了微弧氧化膜层的,使其更好地阻止氧透过膜层向基体内侵入,进一步了膜层的抗高温氧化性能%关键词:TC4钛合金;微弧氧化;高温氧化;封孔中图分类号:TG174.4 ;TG146.23文献标识码:A文章编号:1009-9964(2020)0650755Strdy on High Temperatrrr OxiCation Poperty of TC4Titanium Alloy by Micro-arc OxiCation Hao Guodong,Luo Liyyn,Su Shuangyue,Shao Changbing,Yin Longcheng,Jia Xianghua,Hao Chunli(Mudanjiang Normal University,Mudanjiang157012,China)Abstract:Ceramir coatings were prepared in situ on the surfaco of TC4titanium toy by means of micro-5ro oxidation (MAO)technoloyy,and the coatings were sealed with sodium31X0001aqueous solution.The phase composition of the coatings was analyzed by X-ray dda■actometer(XRD),and the surface morpholoyy c X the coatings were observed by :oannongeoeoieon mooeo:oope(SEM).Theough ihebondongien:ooeie:i,ihebondong:ieengih beiween MAOooaiongand substrate before and a0ee sealing was ing high temperature oxidation expeemenm,the high temperature oxidation resistance(X the TC4substrate and coating sampks before and aftee sealing was investigated.The results show ihaiihebondong:ieengih beiween MAOooaiongand:ub:ieaieohogh.Aoiee:eaoongand oiodaioon aihogh iempeeaiuee ooe100h,ihebondong:ieengih ooiheooaiongdeoeea:e:paeed woih iheTC4:ub:ieaie,ihehogh iempeeaiueeoiodaioon ooihemooeo5aeooiodaioon ooaiong:o oowee,and ihehogh iempeeaiueeoiodaioon ee:oianoeo significantly improved.The sealing treatment improves the compactness of the micro-5re oxidation coating,so that it cm better prevent oxyyen from penetrating the coating int。
钛合金微弧氧化工艺
钛合金微弧氧化工艺是一种将金属表面通过微弧氧化处理,形成氧化膜,从而提高钛合金表面硬度、耐磨性、耐腐蚀性和美观度的技术。
该工艺具有简单易行、成本低、处理效果好等优点,因此被广泛应用于各种钛合金制品的表面处理中。
钛合金微弧氧化的工艺步骤主要包括:清洗、预处理、微弧氧化、后处理等环节。
其中,清洗是必不可少的一步,主要是为了去除表面的油污和杂质。
预处理则是为了增强钛合金表面与氧化膜之间的结合力,通常使用酸洗或阳极氧化等方法。
微弧氧化是整个工艺的核心步骤,它通过在钛合金表面形成高压微弧放电,使其表面形成一层均匀、致密的氧化膜。
后处理则是为了增强氧化膜的性能,通常采用封孔、染色等方法。
钛合金微弧氧化工艺的优点主要包括:提高了钛合金表面的硬度和耐磨性,同时使其表面更加美观;增强了钛合金的耐腐蚀性能,可以在海水等恶劣环境中使用;成本低廉,工艺简单,易于操作。
缺点则包括:对设备要求较高,需要专门的微
弧氧化设备;一些工艺参数需要调整,需要一定的技术水平;氧化膜厚度一般较薄,难以满足一些特殊应用要求。
总之,钛合金微弧氧化工艺是一种应用广泛、成本低廉、效果优异的钛合金表面处理技术,具有较高的应用价值和推广前景。
钛合金黑色微弧氧化(原创版)目录1.钛合金的概述2.微弧氧化技术的介绍3.钛合金黑色微弧氧化的特点与应用4.钛合金黑色微弧氧化的优点5.钛合金黑色微弧氧化的未来发展前景正文1.钛合金的概述钛合金,作为一种重要的金属材料,因其具有优良的抗腐蚀性能、高强度、低密度等优点,在航空航天、医疗、化工等领域得到了广泛的应用。
近年来,随着科学技术的进步,钛合金的研究和应用范围不断扩大,对其表面处理技术的要求也越来越高。
2.微弧氧化技术的介绍微弧氧化技术,又称为微等离子体氧化技术,是一种在金属表面形成陶瓷涂层的新型表面处理技术。
该技术通过在金属表面产生微弧放电,使金属表面发生氧化反应,形成一层具有高硬度、高耐磨性、高抗腐蚀性的氧化物涂层。
3.钛合金黑色微弧氧化的特点与应用钛合金黑色微弧氧化是在钛合金表面通过微弧氧化技术形成的一种黑色陶瓷涂层。
这种涂层具有以下特点:(1)黑色外观,美观大方;(2)高硬度,耐磨性能好;(3)高抗腐蚀性,能长时间抵抗恶劣环境的侵蚀;(4)涂层与基体结合力强,不易脱落。
因此,钛合金黑色微弧氧化技术在航空航天、高端消费品、医疗等领域具有广泛的应用前景。
4.钛合金黑色微弧氧化的优点相较于其他表面处理技术,钛合金黑色微弧氧化具有以下优点:(1)环保,无污染排放;(2)能耗低,生产成本较低;(3)涂层性能优良,使用寿命长;(4)涂层厚度均匀,具有良好的耐磨和抗疲劳性能。
5.钛合金黑色微弧氧化的未来发展前景随着我国经济的快速发展,对高端金属材料表面处理技术的需求越来越大。
钛合金黑色微弧氧化技术作为一种环保、高效、节能的表面处理技术,在未来的发展中具有很大的市场潜力。
轻金属表表面处理0908030227彭睿钛合金的微弧氧化关键词钛合金微弧氧化氧化膜摘要:着科学技术的发展与进步,钛及其合金的应用越来越广泛,虽然它们具有很多优良的性能,但其表面的耐磨、耐蚀性能还不能满足某些关键零部件的要求,尤其在航天、航空领域,微弧氧化技术的出现则较好地解决了这个问题。
本文介绍了钛合金的微弧氧化基本原理、氧化膜特点、对氧化膜的影响因素、以及发展前景和一些问题。
前言:钛合金是一种以钛为基加入适量其他合金元素组成的合金,耐海水腐蚀性能优异。
它具有重量轻、比强度大、热稳定性好等优良的综合性能,广泛应用于航空、航天以及民用工业中。
但美中不足的是钛合金的表面硬度较低、耐磨性及耐腐蚀较差,特别是钛合金与其它金属接触时很容易发生接触腐蚀,严重制约了其进一步应用,为此国内外先后对钛合金表面进行了改性研究,以提高其表面性能。
传统的表面改性技术有阳极氧化、PVD/CVD、离子注入、热喷涂及热氧化法等。
钛合金阳极氧化膜厚度一般小于1um,达到2~3um已属不易,而且硬度较低,因此有必要发展新的低成本高性能的涂层制备技术。
微弧氧化这一高新技术综合地解决了上述难题。
微弧氧化又称微等离子体氧化,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。
微弧氧化的概况早在20世纪30年代初德国科学家A.Gunterschulze和H.Betz第一次报道了在高电场下浸在液体里的金属表面出现火花放电现象,火花对氧化膜具有破坏作用,在没有发现产生硬质层的条件下,做出了“为了得到高质量的涂层,就不应该用高于出现火花时的电压”的结论,但他们为火花阳极氧化奠定了初步的理论基础。
这一观点一直延续到20世纪70年代,尽管少数学者对这一现象持保留观点,但始终没能彻底改变这个结论。
1969年,前苏联科学家G.A.Markov在向铝及铝合金材料施加高于火花区电压时,突破性地获得了高质量的氧化膜,这种膜层具有很好的耐磨性和耐腐蚀性,他把这种在微电弧条件下通过氧化获得涂层的过程称为微弧氧化(Microarc Oxidation,MAO)。
此后G.A..Markov课题组进行大量基础性研究,并在此基础上进行了应用研究。
期间美国、德国对此技术也进行广泛的研究,其中包括实际应用。
从文献上看,美国、德国、前苏联三国基本上各自独立地发展这项技术,相互之间文献引用很少№’7J。
这一技术在20世纪80年代开始在世界范围内进行广泛交流。
进入20世纪90年代,美国、德国、俄国、日本等国都加快了该项技术的研究开发工作。
从文献看,所用电源模式各异,但研究结果表明,使用交流电源,在铝、镁、钛等合金表面生长的氧化膜的性能好于直流电源,因此交流模式是当今微弧氧化技术的重要发展方向。
从前苏联到今天的俄罗斯,在该项技术上的研究与开发应用一直处于世界领先地位,在机理上提出了自己的理论,并且已成功应用于许多工业领域,如航空、纺织、石油、交通等部门。
其它国家如美国、德国等在该项技术上的研究及应用也有较高的水平。
从20世纪90年代国内开始关注此项技术,主要有哈尔滨工业大学、北京师范大学、西安理工大学、哈尔滨环亚微弧技术有限公司和北京航空材料研究院等。
其中北京师范大学低能核物理研究所在这方面的研究工作较为系统,他们对铝合金微弧氧化膜的制备过程、能量交换、膜的形貌结构以及应用等都做了有益的探讨。
此外,湖南大学化工学院、北京矿冶研究总院、燕山大学材料与化工学院、青岛化工学院等离子体表面技术研究所等也对该技术进行了一定的研究。
哈尔滨环亚微弧技术有限公司等研究单位已经由试验阶段转向小批量试生产。
总体来讲,国外研究水平高于国内。
另外,在美国、欧洲和以色列都有他们自己版本的微弧氧化技术,中国、日本和澳大利亚也加大力量研究开发微弧氧化技术,在北美已经有商业化的镁合金微弧氧化工艺,如Magoxid—Coat和Tagnite,最近微弧氧化技术已扩展到锆和钛的阳极化,作为一项实用的高新技术,微弧氧化正引起科研院所和很多工业领域的极大注意。
微弧氧化的基本原理及该技术的要求特点微弧氧化又称微等离子体氧化,微弧氧化是从普通阳极氧化发展而来的,它的基本原理是:突破了传统的阳极氧化对电流、电压的限制,把阳极电压由几十伏提高到几百伏,当电压达到某一临界值时,击穿阀金属表面形成的氧化膜(绝缘膜),产生微弧放电并形成放电通道,在放电通道内瞬间形成高温高压并伴随复杂的物理化学过程,使金属表面原位生长出性能优良的氧化膜。
在微弧氧化过程中,化学氧化、电化学氧化、等离子体氧化同时存在,因此陶瓷层的形成过程非常复杂,至今还没有一个合理的模型能全面描述陶瓷层的形成。
微弧氧化工艺是指将工作区域由普通阳极氧化的法拉第区域引入到高压放电区域,克服了硬质阳极氧化的缺陷,极大地提高了膜层的综合性能。
使微弧氧化膜层与基体结合牢固,结构致密,韧性高,具有良好的耐磨、耐腐蚀、耐高温冲击和电绝缘等特性。
该技术具有操作简单和易于实现膜层功能调节的特点,而且工艺不复杂,不造成环境污染,是一项全新的绿色环保型材料表面处理技术,在很多领域具有广阔的应用前景。
在微弧氧化过程中,把工件放入电解槽中,通电后工件表面现象及膜层生长过程具有明显的阶段性。
微弧氧化过程可分为4个阶段。
在微弧氧化初期,金属光泽逐渐消失,材料表面有气泡产生,在工件表面生成一层很薄且多孔的绝缘氧化膜,绝缘膜的存在是形成微弧氧化的必要条件。
此时电压、电流遵循法拉第定律,此为第1阶段——阳极氧化阶段;随着电压的升高,氧化膜被击穿,钛合金的表面开始出现移动的密集明亮小火花,这个阶段持续的时问很短,此为第2阶段——火花放电阶段;随着电压和膜层的增加,钛合金表面的火花逐渐变大,移动速度相对减缓,膜层迅速生长,此为第3阶段——微弧放电阶段;随着氧化时间延长,氧化膜达到一定厚度,膜层的击穿变得越来越困难,开始出现少数更大的红色斑点,这些斑点不再移动,而是停在某一固定位置连续放电,并伴有尖锐的爆鸣声,此为第4阶段——弧放电阶段,只是此阶段对膜层的破坏较大,应当尽量避免。
在火花放电以前,钛合金表面的氧化膜主要为二氧化钛,从火花放电阶段开始,电解液中的元素开始进人膜层当中并同基体元素反应生成新的化合物,从而改善了膜层的性能。
在微弧放电阶段,氧化膜的击穿总是发生在膜层相对薄弱的部位,击穿后,该部位形成了新的氧化膜,于是击穿点又转移到下一个相对薄弱的部位,因此,最终形成的氧化膜(陶瓷膜)是均匀的。
在进行微弧氧化时一般采用三项380V电压,槽体可以选用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。
挂具可选用铝合金材质,阴极材料选用不溶金属材料或不锈钢。
氧化液注意控制密度、工作电压、电流密度、液体的酸碱度(PH通常为8--13),微弧氧化时间一般在10---60分钟(时间越长,膜层越致密,但粗超度会增加)。
流程为:去油——水洗——微弧氧化——纯水洗——封闭一般情况下对钛合金的微弧氧化影响因素有很多,例如,1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。
钛合金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。
2.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。
3.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。
4.阴极材料:阴极材料可选用不锈钢,碳钢,镍等。
5.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。
目前钛合金微弧氧化存在的优缺点采用微弧氧化技术对铝及其合金材料进行表面强化处理,具有工艺过程简单,占地面积小,处理能力强,生产效率高,适用于大工业生产等优点。
微弧氧化电解液不含有毒物质和重金属元素,电解液抗污染能力强和再生重复使用率高,因而对环境污染小,满足优质清洁生产的需要,也符合我国可持续发展战略的需要。
微弧氧化处理后的铝基表面陶瓷膜层具有硬度高(HV>1200),耐蚀性强(CASS盐雾试验>480h),绝缘性好(膜阻>100MΩ),膜层与基底金属结合力强,并具有很好的耐磨和耐热冲击等性能。
微弧氧化技术工艺处理能力强,可通过改变工艺参数获取具有不同特性的氧化膜层以满足不同目的的需要;也可通过改变或调节电解液的成分使膜层具有某种特性或呈现不同颜色;还可采用不同的电解液对同一工件进行多次微弧氧化处理,以获取具有多层不同性质的陶瓷氧化膜层。
微弧氧化技术的研究已经历了几十年的发展历程,特别是从交流微弧氧化技术出现以来取得了飞跃式的发展,并向实用化迈进了一大步。
但由于对钛合金进行微弧氧化表面陶瓷化处理才刚刚起步不久,因此存在许多技术问题。
例如:(1)研制高效节能电源。
微弧氧化工艺在加工过程中单位面积耗能较大,这就限制了加工工件的面积。
(2)电参数对氧化膜组织结构及生长影响规律研究不足。
微弧氧化膜的组织结构除受电解液体系的影响外,电参数也对其产生重要的影响。
各脉冲电参数(电压或电流密度、频率及正负电流密度比)对氧化膜组织结构的影响规律还没有深入系统的研究;要获得质量较好的氧化膜,微弧氧化成膜初期、中期、后期对电参数要求不同,通过电参数的配合调节可以对组织结构进行优化。
比如对放电火花的控制,膜层可以获得良好的表面粗糙度。
(3)电解液的组分在氧化膜形成过程中的作用机理研究不足。
目前的研究多集中对氧化膜中氧化物及化学元素含量的分析及膜特性的研究,对膜层中氧化物的形成机理及化学元素在膜层形成过程中的作用研究的不够。
性能优越的电解液体系配方基本是通过多次试验得出的,还不能根据膜层的使用性能自由设计电解液配方。
(4)氧化膜的膜基结合问题。
从实验结果看,同铝、镁合金微弧氧化膜相比,钛合金过渡层尺寸略大,基体与过渡层之间有明显分层现象,氧化膜与基体结合力较差。
(5)缺乏对大比例生成致密层的机理及工艺的研究。
在氧化膜三层结构中只有致密层才是主要的工作层,减少疏松层的厚度,提高致密层在膜层中所占的比例,进而达到无疏松层的氧化膜,将是微弧氧化工艺的一个重要的研究方向。
前景展望总的来说,通过钛合金的微弧氧化技术得到的的氧化膜因其具有优越的性能,所以具有很广阔的市场前景和研究价值,目前的技术在操作中还是具有很大的局限性,日新月异的科技进步,迫切的需求更加高品质的保护膜,这是目前金属表面处理所面临的巨大挑战,也是一个巨大的机遇。