铝合金表面液固两相流强化与微弧氧化的复合加工方法技术

本发明专利技术公开了一种铝合金表面液固两相流强化与微弧氧化的复合加工方法，涉及微弧氧化技术领域，包括以下步骤：S1、配置电解液，将电解液放入电解液槽，在电解液中加入固态功能颗粒；S2、在电解液槽内通过管道连接高压泵，高压泵连接电解液喷头，高压泵能让含有固态功能颗粒的电解液从电解液喷头处排出；S3、将待微弧氧化部位与脉冲电源的输出阳极电性连接，将电解液喷头与脉冲电源的输出阴极电性连接；S4、调整电解液喷头并使其始终正对待微弧氧化部位，进行维护氧化处理，最终在铝合金表面形成微弧氧化金属陶瓷层。本发明专利技术具有防止浪费能源、提高微弧氧化过程中工件表面的机械性能和疲劳强度以及能够形成带有特殊功能的复合结构层的优点。

【技术实现步骤摘要】
铝合金表面液固两相流强化与微弧氧化的复合加工方法
本专利技术涉及微弧氧化
，具体涉及一种铝合金表面液固两相流强化与微弧氧化的复合加工方法。
技术介绍
微弧氧化处理又称为微等离子体表面陶瓷化技术，是一种高电压等离子体辅助的阳极氧化新工艺，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，是型材表面的金属与电解质溶液相互作用，从而在铝、镁、钛等阀金属及其合金材料表面微弧放电，在高温、电场等因素的作用下，原位形成稳定的强化陶瓷膜层。与普通阳极氧化技术相比，微弧氧化处理技术工艺简单、易于控制，处理效率高，该技术制成的表面氧化膜结构致密，与基体结合好，具有优良的综合力学性能。微弧氧化技术虽具有上述众多优点，但传统的浸入式微弧氧化的技术劣势也大大限制了它的进一步应用：①由于微弧氧化过程弧光放电需要较大的电流和电压，导致单位面积微弧氧化能量消耗大，实现大尺寸工件表面整体微弧氧化处理时耗费巨大能量；②由于微弧氧化后的金属表面将残余有拉应力，残余拉应力会引起氧化部位微观几何不连续，容易形成疲劳裂纹源和造成应力腐蚀，导致铝合金表面的疲劳可靠性和疲劳寿命降低，抗应力腐蚀能力差，降低疲劳强度和结构承载能力；③微弧氧化只在原有基体材料基础上生成单一成分氧化物陶瓷层，功能单一。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种铝合金表面液固两相流强化与微弧氧化的复合加工方法，在进行微弧氧化的同时，通过喷射出固态功能颗粒，一方面在基材表面形成压应力，有效提高最终形成的复合结构层的机械性能和疲劳强度，另一方面让微弧氧化陶瓷层中加入各类固态功能颗粒，让基材表面形成复杂的复合结构层，带有固态功能颗粒对应的功能，整个方法成为对普通材料工件表面的耐腐蚀耐磨性能和再制造技术的一大提升，极大地扩大了微弧氧化技术的应用范围。一种铝合金表面液固两相流强化与微弧氧化的复合加工方法，包括以下步骤：S1、配置电解液，将电解液放入电解液槽，在电解液中加入固态功能颗粒；S2、在电解液槽内通过管道连接有高压泵，高压泵连接电解液喷头，高压泵能够让含有固态功能颗粒的电解液从电解液喷头处排出；S3、将待微弧氧化部位与脉冲电源的输出阳极电性连接，将电解液喷头与脉冲电源的输出阴极电性连接；S4、调整电解液喷头并使其始终正对待微弧氧化部位，调整高压泵参数脉冲电源参数，并接通电源，进行维护氧化处理，最终在铝合金表面形成微弧氧化金属陶瓷层。整个微弧氧化过程如下：微弧氧化不能在碳钢表面直接成膜，因此需要先在碳钢表面制备一层铝基膜(铝或铝合金膜)，然后再在铝基膜表面利用微弧氧化制备强化陶瓷膜，先通过喷头喷出电解液，固态功能颗粒直接击打铝合金表面，再通过待微弧氧化部位与脉冲电源的输出阳极电性连接，并且电解液喷头与脉冲电源的输出阴极电性连接，保证电解液能够实现局部维护氧化，当正向电流通过时，铝合金与水电解产生的氧发生反应，在工件表面形成一薄层非晶态的氧化铝，由于形成的氧化铝不导电，工件表面电阻将增大，需要继续提高电压来击穿已形成的氧化铝膜，才能维持相应的电流密度，促使反应继续进行，随着工件表面氧化铝层的不断增厚，表面电阻不断增大，电压也需要相应不断提高，才能继续击穿氧化铝膜而维持反应。当正向电压达到一定值，在击穿氧化铝膜的瞬间产生火花放电现象，随着电压的持续上升，电火花遍布整个工件表面，火花放电处温度会瞬间达到数千度，工件表层的铝或铝合金与前期形成的非晶态氧化铝薄层在高温下迅速熔化，同时与水电解产生的氧发生剧烈反应共同形成熔融态的氧化铝，在溶液的激冷下熔融态的氧化铝又迅速凝固在工件表面，堵塞放电通道，使放电中断，火花熄灭，随着电火花的熄灭，通过冷却凝固形成晶态的氧化铝陶瓷层覆盖整个工件表面，并且各种固态功能颗粒会部分弹射至陶瓷层内部，从而形成复合结构层。由于经历了高温烧结，形成的氧化铝陶瓷层与基体呈冶金结合，具有很高的结合强度，在工件表面生成的氧化铝陶瓷层主要包括晶体的α-Al2O3、γ-Al2O3以及设置的固态功能颗粒。优选地，所述电解液为KOH、H3B03和Na2Si03作为混合电解质溶解于蒸馏水中制成，并按500g～600g/L的比例加入固态功能颗粒，电解液中KOH的浓度为5.5～6g/L、H3B03的浓度为13～14g/L、Na2Si03的浓度为3.5～4g/L。采用KOH、H3B03和Na2Si03混合电解质溶于蒸馏水而制成微碱性的电解液，优选的电解液中KOH的浓度为5.8g/L、H3B03的浓度为13.5g/L、Na2Si03的浓度为3.8g/L，按照500g/L的比例加入固态功能颗粒。优选地，所述固态功能颗粒为陶瓷颗粒、金属颗粒或者二者的结合。固态功能颗粒可以根据需求进行人为选择，最后形成的复合结构层具备预设的固态功能颗粒，从而能够满足与其对应的功能。优选地，所述脉冲电源的电压在850～900V、控制电解电流密度在36～40A/dm2，并在反应过程中将电解液温度控制在35～45℃。最优选的脉冲电源的电压在850V、控制电解电流密度在38A/dm2，并在反应过程中将电解液温度控制在40℃；同时整个高压泵形成的水压大于等于35MPa。优选地，所述微弧氧化金属陶瓷层厚度在90～100μm之间，并且其内含有固态功能颗粒。由于存在固态功能颗粒，因此微弧氧化形成的金属陶瓷层的厚度在90μm以上。优选地，所述电解液喷头连接有自动控制装置，自动控制装置上设有调节参数，调节参数包括移动式阴极喷头的初始位置、行进方向以及行进方向上的每次行进距离。通过自动控制装置，可以让喷头能够智能移动，保证局部微弧氧化能够进行移动，从而提高微弧氧化加工在大尺寸工件上进行的实用性和可靠性。优选地，在完成微弧氧化加工后，将铝合金表面进行清洗，并在清洗后进行干燥处理。对局部微弧氧化后的整个大尺寸工件进行清洗，彻底清洗掉镀层表面残留电解液和残留固态功能颗粒，然后进行烘干或者风干处理。优选地，清洗步骤为：先将陶瓷层部位浸没在清洗剂中3-15min，再用温度在55～65℃的水清洗。通过清洁剂来充分对残留电解液进行清除，再用温水进行清洗，充分清除残留电解液和残留固态功能颗粒。优选地，铝合金表面清洗后，将其放置在80°～105℃环境下烘干。不宜在温度较高的环境下进行烘干，最适宜温度为85℃。优选地，将清洗干燥后的铝合金表面根据预设要求进行打磨抛光处理。在铝合金工件清洗干燥后，按照使用需求或者加工需求，需要对铝合金工件表面的微弧氧化部位进行耐腐蚀和耐磨处理。本专利技术提供一种铝合金表面液固两相流强化与微弧氧化的复合加工方法，能够实现针对性的局部微弧氧化，避免浪费能量，利用高压泵将固态功能颗粒伴随电解液喷射而出，一方面来说，能够让固态功能颗粒能够直接击打待微弧氧化部位的表层，有效实现在局部的金属表面进行微弧氧化过程中伴随进行塑性强化处理，从而提高正压力，在形成复合层中通过塑性强化产生的压应力抵消部分微弧氧化产生的拉应力，甚至能够抵消全部拉应力，让复合处理后形成的复合层下的工件表面仍会留有压应力，有效提高了机械性能和疲劳强度，另一方面来说，在微弧氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝合金表面液固两相流强化与微弧氧化的复合加工方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、配置电解液，将电解液放入电解液槽，在电解液中加入固态功能颗粒；/nS2、在电解液槽内通过管道连接有高压泵，高压泵连接电解液喷头，高压泵能够让含有固态功能颗粒的电解液从电解液喷头处排出；/nS3、将待微弧氧化部位与脉冲电源的输出阳极电性连接，将电解液喷头与脉冲电源的输出阴极电性连接；/nS4、调整电解液喷头并使其始终正对待微弧氧化部位，调整高压泵参数脉冲电源参数，并接通电源，进行维护氧化处理，最终在铝合金表面形成微弧氧化金属陶瓷层。/n

【技术特征摘要】
1.一种铝合金表面液固两相流强化与微弧氧化的复合加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、配置电解液，将电解液放入电解液槽，在电解液中加入固态功能颗粒；
S2、在电解液槽内通过管道连接有高压泵，高压泵连接电解液喷头，高压泵能够让含有固态功能颗粒的电解液从电解液喷头处排出；
S3、将待微弧氧化部位与脉冲电源的输出阳极电性连接，将电解液喷头与脉冲电源的输出阴极电性连接；
S4、调整电解液喷头并使其始终正对待微弧氧化部位，调整高压泵参数脉冲电源参数，并接通电源，进行维护氧化处理，最终在铝合金表面形成微弧氧化金属陶瓷层。


2.根据权利要求1所述的铝合金表面液固两相流强化与微弧氧化的复合加工方法，其特征在于，所述电解液为KOH、H3BO3和Na2SiO3作为混合电解质溶解于蒸馏水中制成，并按500g～600g/L的比例加入固态功能颗粒，电解液中KOH的浓度为5.5～6g/L、H3BO3的浓度为13～14g/L、Na2SiO3的浓度为3.5～4g/L。


3.根据权利要求2所述的铝合金表面液固两相流强化与微弧氧化的复合加工方法，其特征在于，所述固态功能颗粒为陶瓷颗粒、金属颗粒或者二者的结合。


4.根据权利要求1所述的铝合金表面液固两相流强化与微弧氧化的复合加工方法，其特征在于，所述脉冲电源的电压在850～900V、控制电解电流密度...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐磊，卞琦，
申请(专利权)人：苏州村野智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32