第九章 其他现代加工方法..ppt

1．特点和应用 铝及铝合金微弧阳极氧化与硬质阳报氧化相比，无论在氧化工艺上或膜层性能上都有许多优越之处。微弧氧化的工艺流程简单，除油后即可氧化；适用范围广，除铝及铝合金、铝基复合材料外，还能在钛、镁、锆、钽、铌等金属及其合金表面生成氧化陶瓷层；氧化速度快，通常30min~60min可取得膜层厚度50 μ m ；溶液无侵蚀性，对环境基本无污染。 微弧阳极氧化形成的陶瓷膜层具有伏良的综合性能： (1) 耐蚀性能高，经5％NaCl中性盐雾腐蚀试验，其耐蚀能力达1000h以上。 (2) 硬度高，耐磨性好，膜层硬度高达HV800~2500，取决于材料及工艺，明显高于硬质阳极氧化。磨损试验表明陶瓷膜具有与硬质合金相当的耐磨性能，比硬铬镀层高75％以上；陶瓷膜还具有摩擦系数较低的特点。 (3) 电绝缘性能好，体绝缘电阻率可达5× 1010 Ω ·cm，在干燥空气中的击穿电压为3000V~5000V。 (4) 导热系数小，膜层具有良好的隔热能力。 (5) 外观装饰性好，可按使用要求大面积加工成各种不同颜色及不同花纹的膜层。 微弧阳极氧化新技术问世以来，虽尚未投入大规模生产，但已引起人们的普遍关注，在许多工业领域有着广阔的应用前景。航空、航天、石油、化工等部门应用的铝合金零部件，如叶片、轮箍、传动元件、气动元件及密封件等经微弧氧化后，表面耐蚀性、耐磨性明显提高。电子、电工产品及仪器、仪表中的某些零件应用微弧氧化直接进行绝缘处理，以取代包覆绝缘材料的常规方法。空压机铝气缸覆盖50 μ m ~80 μ m微弧氧化膜，性能优于硬质氧化膜。在汽车发动机活塞上制备80 μ m ~100 μ m的陶瓷膜层，具有耐烧蚀、耐磨损和隔热的优异性能，应用效果很好。纺织机械行业也有不少关键性铝合金零件，如气纺机的纺杯、倍捻机转杯及储纱轮等在试验或试用陶瓷膜。电熨斗底板进行微弧氧化处理，可起耐磨、耐热和绝缘作用。 2．微弧氧化膜的形成 通常阳极氧化是在电压—电流曲线的法拉第区进行的。当外加电压继续增加则进入非法拉第区(火花放电区)，将发生氧化膜被击穿，阳极氧化无法进行下去。微弧氧化突破传统阳极氧化的限制，利用电极间施加很高的电压，使浸于溶液中的电极表面发生微弧放电而生成氧化膜。 微弧阳极氧化的机理至今尚在探讨之中，对其进行确切的叙述尚有困难，可以认为其最重要的标志是火花或微弧放电现象。实验表明，微弧氧化过程中表面产生的现象，有明显的阶段性，经历初始态绝缘膜的形成，微弧的发生，陶瓷结构的发育，以及膜层的成长等几个阶段。 最初阶段，材料表面有大量气泡产生，金属光泽逐渐消失，在电场作用下表面生成一层具有电绝缘特性的Al2O3氧化膜。随着时间的延长，膜厚逐渐增加，其承受的电压也越来越大，再加上材料表面有大量气体生成，为等离子体的产生创造了条件。 第二阶段 初生的氧化膜被高压击穿，材料表面形成大量的等离子体微弧，可以观察到不稳定的白色弧光。此时在电场作用下新的氧化物不断生成，氧化膜的薄弱区不断变化，白色弧光点似乎在表面高速游动。同时，在微等离子体的作用下又形成瞬间的高温高压微区，其温度达2000℃以上，压力达数百个大气压，造成氧化膜熔融。等离子体微弧消失后，溶液很快将热量带走，熔融物迅速凝固，在材料表面形成多孔状氧化膜。如此循环反复，微孔自身扩大或与其他微孔连成一体，形成导电通道，从而出现较大的红色光泽的弧斑。 第三阶段 氧化进一步向深层渗透。一段时间后，内层可能再次形成较完整的A12O3电绝缘层，随着氧化膜的加厚，微等离子体造成的熔融氧化物凝固后可能在表面形成较完整的凝固结晶层，造成较大孔径，导电通道封闭，使红色弧斑减少直至消失。然而，微等离子体现象依然存在，氧化并未终止，进人第四阶段即氧化、熔融、凝固平稳阶段。 在铝合金表面上形成的微弧氧化膜是由结合层、致密层和表面层三层结构组成，层与层之间无明显界限，总厚度一般为20 μ m ~200 μ m ，最厚可达400 μ m 。三层结构中均含有大量的α－A12O3，和γ－A12O3。致密层中的α－A12O3，可达60％以上，硬度可高达HV3700，很耐磨。表面层较粗糙疏松，可能是由微弧溅射物和电化学沉积物所形成。 3．工艺要点 (1)工艺方法 根据微弧阳极氧化过程中零件所处的极化形式可分为：直流型——采用恒值电压，零件为阳极；交流型——采用不规则正弦波电压，零件的极性呈周期性变化；阳极脉冲型——采用脉冲或直流加脉冲的电压形式，零件为阳极；交变脉冲型——正负脉冲电压按一定的方式交替地施加在零件上。