微弧氧化工艺及设备

微弧氧化工艺及设备等离子体微弧氧化简称微弧氧化（MAO）又称为微等离子体氧化(MPO)、阳极火花沉积(ASD)或火花放电阳极氧化(ANOF),还有人称之为等离子体增强电化学表面陶瓷化(PECC)。该技术的基本原理及特点是：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。该方法是通过用专用的微弧氧化电源在工件上施加高电压，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、硬度大幅度提高、耐磨、耐蚀、耐压、绝缘及抗高温冲击特性得到改善的目的。它是一种直接在有色金属表面原位生长陶瓷层的新技术，该技术是最近十几年在阳极氧化基础上发展起来的，但两者在机理上、工艺上以及膜层性能上都有许多不同之处。所谓等离子体就是由大量的自由电子和离子组成，且在整体上表现为电中性的物质，它被称为固态、气态和液态以外的第四态。处于热等离子态的物质具有强的导电性，且能量集中，温度较高，是一个高热、高温的能源。与传统的阳极氧化法相比，微弧氧化陶瓷膜与基体结合牢固，结构致密，具有良好的耐磨、耐腐蚀、耐高温冲击和电绝缘等特性、具有广阔的应用前景。上世纪30年代初期，Günterschulze和Betz第一次报道了在高电场下，浸在液体里金属表面出现火花放电现象，火花对氧化膜具有破坏作用。后来研究发现利用此现象也可生成氧化膜。此技术最初采用直流模式，应用于镁合金的防腐上，直到现在，镁合金火花放电阳极氧化技术仍在研究开发之中。约从70年代开始，美国伊利诺大学和德国卡尔马克思城工业大学等单位用直流或单向脉冲电源开始研究Al、Ti等阀金属表面火花放电沉积膜，并分别命名为阳极火花沉积和火花放电阳极氧化。俄罗斯科学院无机化学研究所的研究人员1977年独立地发表了一篇论文，开始此技术的研究。他们采用交流电压模式，使用电压比火花放电阳极氧化高，并称之为微弧氧化。从文献上看，美、德、俄三国基本上是各自独立地发展该技术，相互间文献引用很少。进入90年代以来，美、德、俄、日等国加快了微弧氧化或火花放电阳极氧化技术的研究开发工作。我国目前绝大多数科研机构仍然处于起步阶段。总之，该技术已引起国内外许多研究者的关注，正成为国际材料科学研究热点之一。我公司科研人员从1999年开始引进俄罗斯技术从事这方面的研究工作，对铝、镁、钛及其合金微弧氧化膜层的形成机理和陶瓷层的性能进行了深入的研究，从微观分析入手，对陶瓷膜层进行分析后，改进了溶液配方和工艺，显著地提高了陶瓷层的性能。我公司于2006年研制成功的“大功率微弧氧化电源”，居国内领先水平，适应产业化需要，目前已给多家汽车配件、纺织机械、印刷机械、医疗器械、电器设备、铝及镁合金制品等生产厂家和军工企业、国家科研院所、高等院校加工了种类繁多、满足技术要求的陶瓷化样品及零部件，正在与多家公司洽商“微弧氧化陶瓷”项目的合作，并已给国内一些公司建起了微弧氧化陶瓷生产线。运用我公司微弧氧化设备及工艺加工过的试样、产品,经国家权威测试机构测试及有关厂家、院校试验，其性能指标均达到了需求的各项技术指标。（1）大幅度地提高了材料的表面硬度,显微硬度在1000至2000HV(维氏硬度)，最高可达3000HV,可与硬质合金相媲美，大大超过热处理后的高碳钢，高合金钢和高速工具钢的硬度。（2）良好的耐磨损性能、良好的耐热性及抗腐蚀性。这从根本上克服了铝、镁、钛合金材料在应用中的缺点。（3）有良好的绝缘性能,绝缘电阻可达100MΩ。（4）溶液为环保型，可达到零排放标准，符合环保排放要求。（5）工艺稳定可靠，设备工艺简单。（6）反应在常温下进行，操作方便，易于掌握。（7）基体原位生长陶瓷膜，致密均匀，结合牢固，与基体结合力达250-300Mpa。（8）柔韧性强，陶瓷层厚30微米的铝片弯曲成30°角，陶瓷层完好无损；陶瓷层厚100微米的铝片弯曲断裂后，陶瓷层不开裂、不脱落。与阳极氧化技术相比，微弧氧化还具有下列特点：（1）微弧氧化采用弱碱性溶液，对周围环境不造成污染，属于清洁加工工艺和环保型表面处理技术，微弧氧化中只放出氢气、氧气，对人体无害。（2）工艺简单，特别对于工业样品的预处理不像阳极氧化要求的那样严格和繁杂，只要求样品表面去污去油，不需要去除表面的自然氧化层，也不需要表面打磨。（3）微弧氧化可以一次完成，也可以分几次完成。特别对于氧化膜要求很厚的样品可以分几次氧化，而阳极氧化一旦中断就必须重新开始。（4）在阳极氧化不易成膜的某些铝合金如Al-Cu、Al-Si等合金表面，同样可获得性能很好的厚膜，尤其在Al-Cu合金表面（如Ly12合金），可以形成高硬度的厚膜，HV可达到1600以上。该技术是一项具有广泛应用前景的金属材料表面改性技术，特别适用于高速旋转、耐磨损、耐腐蚀、绝缘性好的铝、镁、钛合金零部件的表面处理。在工业生产的各个方面以及航空航天、兵器制造等行业中有着及其广泛的应用前景。微弧氧化专用电源、槽组部分、、循环冷却部分、搅拌部分、导轨行车部分等。规格：120A150A200A240A280A350A500A）1、带液晶显示屏/触摸屏，自动控制，任意设定加工电流、电压、频率、占空比、时间、波形组合以及有关工艺参数。2、具有在线可编程功能，有工艺参数存储和调用功能，单、双极性输出方式可任意设置。（工艺过程采用DSP自动控制）3、加工时间可在0-999分钟之间选择，精确到秒。4、具有恒流、恒压输出方式；可恒流、恒压在线无扰动自动转换。5、正、负向脉冲个数可以单独组合设定，正、负向脉冲个数设定范围1-100，0-20。6、正向直流输出最高为：电流/电压＝500A/750V；负向直流输出最高为:电流/电压＝500A/300V；电流和电压在设计范围内可连续任意设定。7、正、负向脉冲宽度单独可调，占空比在10～95％之间调节。8、脉冲频率范围可在100-2000Hz之间设置。9、电源内部的电器元件采用循环水冷却和风冷方式，安全可靠。10、具有短路、过流、过压、过热、缺相、缺水等保护措施。近年来，微弧氧化陶瓷层优越的物理化学性能已受到国内外学者和工业界人士的关注，俄、美、德、日本等国在航空、航天、兵器、汽车、船舶、机械、石油、化工、医疗、电子等行业的应用已达到相当水平。微弧氧化陶瓷属我国“863”计划重点支持研发的项目。国内从九十年代开始起步研究该技术，研究的单位很多，但到目前大多处于实验室阶段。开发大功率微弧氧化陶瓷技术并推进其产业化，对我国科技进步、工业农业发展及国防建设无疑会起到积极作用。另外，值得关注的是，微弧氧化陶瓷工艺过程中，无毒、无污染，该技术属环保型表面处理技术；开发该项目，对保护生态、优化环境，对国民经济的可持续发展具有深远的重要意义。微弧氧化陶瓷技术应用范围非常广阔。仅以铝合金为例：铝合金零件经过微弧氧化陶瓷处理之后，可以代替钢、高强铸铁、硬质合金及陶瓷制造的同类零件；可以代替镀硬铬、硬质阳极化和喷射沉积方法制造的同类零件。本技术特别适用于内燃机燃烧室、配料器，高腐蚀液泵，高速纺机零件，印刷辊子，汽车、摩托车发动机活塞、汽缸、顶盖、高速叶轮，以及其它各种耐腐蚀、耐磨损、耐高温冲击的铝合金零件的表面处理。铝合金板微弧氧化处理后代替不锈钢板制造板式热交换器，既节约成本，又提高换热效率。尤其在兵器轻量化要求的带动下，许多新型兵器更多地要求使用铝合金，但使用条件却更加严酷，要求更耐磨损、耐腐蚀、耐高温冲击；微弧氧化陶瓷技术正是解决此问题的好方法，因而兵器应用将是一个大市场。再有，对于各种车辆轻量化的要求，也必将给微弧氧化陶瓷技术带来宽广的市场。总之，微弧氧化陶瓷技术在军品、民品上应用前景非常广阔、潜力不可限量。随着国家环境保护力度的逐步加大，微弧氧化陶瓷化比之阳极氧化，电镀等工艺技术，必将显示出它的生机与活力，在表面处理领域占据其一席优势，就此而言，其市场也将会越来越广阔。我公司研制建设的微弧氧化陶瓷生产线投资较小；工艺操作简单；比之阳极氧化、电镀等工艺，省去了大量的附加费用；比之喷射等工艺，大大降低了成本。其不但解决了某些传统工艺解决不了的问题，而且产业化生产利润率高、经济效益明显。1.来料加工。2.按用户具体情况设计工艺流程及生产规模，提供全套设备及相关工艺，免费培训技术员和操作工人。3.按客户需求开发新工艺。