專利名稱：鋁合金表面氧化處理裝置及處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種表面氧化處理技術(shù)，特別是一種鋁合金表面氧化處理裝置及處理
方法。
背景技術(shù)：
鋁和鋁合金因重量輕、比強度高、易成型等優(yōu)點，在汽車和航空工業(yè)中得到大量應(yīng) 用，但其耐磨性和抗點蝕性能較差。盡管鋁及其合金本身熔點和硬度都很低，但鋁的氧化物 卻有很高的熔點、硬度和化學、熱學穩(wěn)定性，可以用作多種材料的保護層，并已得到廣泛的 研究。為克服鋁合金耐磨性和抗點蝕性能較差的缺點，擴大應(yīng)用范圍，延長使用壽命，通常 對鋁合金表面進行氧化以改善鋁合金性能。氧化膜層具有較高的硬度和耐磨性、極強的附 著能力、較強的吸附能力、良好的抗蝕性和電絕緣性及高的熱絕緣性。由于這些特異的性 能，使之在各方面都獲得了廣泛的應(yīng)用。 傳統(tǒng)的鋁合金表面氧化工藝存在諸多缺點如化學氧化和直流陽極氧化處理后的 氧化膜存在質(zhì)軟、硬度低、耐磨性差、抗蝕性差和絕緣絕熱性差等缺陷；微弧氧化表面存在 大量的孔洞，氧化層表面有裂紋存在；傳統(tǒng)等離子體氧化技術(shù)一般把工件作為陰極，氧化和 濺射同時存在、同時進行的，造成表面打弧、體積效應(yīng)等不利因素。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明要一種鋁合金表面氧化處理裝置及處理 方法，增強氧化效果、避免工件作為陰極所產(chǎn)生打弧和體積效應(yīng)問題。 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種鋁合金表面氧化處理裝置包括 真空爐、進氣系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、測溫系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)，所述的進氣系統(tǒng)包括氣瓶、 穩(wěn)壓閥和進氣口 ，進氣口安裝在真空爐頂部，通過穩(wěn)壓閥與氣瓶相連；所述的供電系統(tǒng)采用 脈沖直流高壓電源或直流濺射高壓電源；所述的測溫系統(tǒng)為常用KS型_熱電偶；所述的抽 真空系統(tǒng)包括真空泵及其管路，所述的真空泵通過管路與真空爐相連；所述的真空爐為離 子擴滲設(shè)備，包括冷卻觀察室窗、爐壁、底座和爐門，所述的爐壁與陽極電源相連；所述的真 空爐內(nèi)安裝有工件平臺和空心陰極輔助裝置；所述的工件平臺包括支座、載物臺、絕緣體， 所述的絕緣體由中心平臺和絕緣環(huán)組成、位于支座上，所述的支座位于真空爐底座上，所述 的載物臺位于絕緣體的中心平臺上，用于放置工件，所述的載物臺與陽極電源連接；所述的 空心陰極輔助裝置由兩個直徑不同且?guī)в锌锥吹拇髨A筒和小圓筒組成，所述的大圓筒和小 圓筒構(gòu)成同軸雙層圓筒，位于絕緣體的絕緣環(huán)上，并通過絕緣環(huán)隔離，所述的小圓筒和大圓 筒分別與陰極電源連接。 本發(fā)明所述的大圓筒和小圓筒由不銹鋼制成，小圓筒的直徑為300 350mm，大圓 筒的直徑為320 370mm，并保持大圓筒與小圓筒的間距為8 10mm，小圓筒的筒壁上平均 分布直徑為7 10mm的孔洞，孔洞邊緣最小間距為8 10mm。
—種鋁合金表面氧化處理方法包括以下步驟
A、工件的清洗與裝爐 用工業(yè)清洗劑清洗工件表面，然后進行裝爐，將工件放置在載物臺上，將載物臺與
陽極電源相連； B、抽真空、起輝 啟動真空泵抽氣，同時啟動冷卻系統(tǒng)，由進水口進水，通過出水口排水，期間通過 冷卻觀察室窗的窗口觀察水流是否通暢；當真空爐內(nèi)真空度達到13. 3 133Pa時，通過進 氣口充入凈化過的氧氣，氧氣經(jīng)過小圓筒的孔洞，均勻分布在整個真空爐內(nèi)，使工件周圍氧 氣濃度均衡；調(diào)節(jié)氧氣的流量，使真空爐內(nèi)的壓強保持在133-1333Pa，打開電源，使真空爐 內(nèi)的氧氣在高壓電場的作用下發(fā)生電離，產(chǎn)生輝光放電效應(yīng)；
C、升溫階段 其后續(xù)的操作隨氧化工藝不同而變化，可向真空爐內(nèi)連續(xù)通入氧氣達到要求的低 氣壓，范圍50 1000Pa，并逐步調(diào)節(jié)電壓、電流，控制氧化溫度，通過流量計調(diào)節(jié)真空爐內(nèi) 氣壓；調(diào)節(jié)大圓筒與小圓筒之間的間距，接通大圓筒和小圓筒上的陰極電源，使雙層圓筒保 持空心陰極放電；期間可根據(jù)實際情況充入氬氣，讓氬氣引起濺射，從而增加氧化放電強 度，在工件表面形成氧化膜層；
D、保溫階段 根據(jù)工藝要求，在300-600。C的溫度下，保溫l-4h ;
E、冷卻階段 將真空爐內(nèi)抽成低真空，關(guān)掉電源；待工件隨真空爐冷卻到IO(TC時出爐。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果 1、由于本發(fā)明將等離子體滲擴與真空氣體滲擴的優(yōu)點相結(jié)合，在鋁試樣基體與爐 壁相連接，即把工件作為陽極進行表面改性處理。通過空心陰極輔助裝置的放置，當真空爐 內(nèi)產(chǎn)生輝光放電后，電子在兩圓筒陰極之間震蕩并交替從兩陰極鞘層獲得能量，產(chǎn)生弧光 放電即空心陰極放電產(chǎn)生高濃度、高活性的滲擴物質(zhì)，通過小圓筒上分布的孔洞，在工件表 面快速飽和并反應(yīng)擴散，使工件得到高品質(zhì)的強化層。工件加熱通過空心陰極放電輔助完 成，從而避免在表面放電而損傷工件，另外加熱是通過輻射完成的，可在最大程度上保證溫 度的均勻性。 2、由于本發(fā)明的空心陰極放電產(chǎn)生大量的活性物質(zhì)，其中0-起著重要的作用。0-既
可以直接來自等離子體放電，也可以是吸附在金屬表面的氧與電子反應(yīng)生成。o-與工件表面
帶正電的A13+相互反應(yīng)，產(chǎn)生有金屬和氧兩者組成的"鋁_氧"層，當初始"鋁_氧"層形成
以后，隨著氧化時間的延長，鋁表面繼續(xù)氧化，表面氧化膜層變厚，形成致密的氧化層。 3、由于本發(fā)明利用雙層圓筒來實現(xiàn)空心陰極放電，提高了氧化加工效率。 4、由于本發(fā)明將工件作為陽極，避免了傳統(tǒng)工藝中以工件作為陰極所引起的表面
打弧和體積效應(yīng)等缺點，氧化膜層的完整保護性好。 5、由于本發(fā)明的工件作為陽極與0-離子反應(yīng)更加迅速，氧化膜層的致密性，氧化 膜的組織結(jié)構(gòu)致密，可有效地阻礙腐蝕環(huán)境對金屬的腐蝕。


本發(fā)明共有附圖1張，其中
圖1是鋁合金表面氧化處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中1、大圓筒，2、小圓筒，3、載物臺，4、陰極電源，5、絕緣體，6、工件，7、真空泵， 8、進水口，9、陽極電源，10、進氣口， 11、冷卻觀察窗，12、出水口， 13、爐壁，14、底座，15、爐 門，16、支座，17、KS型-熱電偶
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行進一步地描述。如圖1所示，一種鋁合金表面氧化處 理裝置包括真空爐、進氣系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、測溫系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)，所述的進氣系 統(tǒng)包括氣瓶、穩(wěn)壓閥和進氣口 IO，進氣口 IO安裝在真空爐頂部，通過穩(wěn)壓閥與氣瓶相連； 所述的供電系統(tǒng)采用脈沖直流高壓電源或直流濺射高壓電源；所述的測溫系統(tǒng)為常用KS 型-熱電偶17 ;所述的抽真空系統(tǒng)包括真空泵7及其管路，所述的真空泵7通過管路與真 空爐相連；所述的真空爐為離子擴滲設(shè)備，包括冷卻觀察室窗11、爐壁13、底座14和爐門， 所述的爐壁13與陽極電源9相連；所述的真空爐內(nèi)安裝有工件平臺和空心陰極輔助裝置； 所述的工件平臺包括支座16、載物臺3、絕緣體5，所述的絕緣體5由中心平臺和絕緣環(huán)組 成、位于支座16上，所述的支座16位于真空爐底座14上，所述的載物臺3位于絕緣體5的 中心平臺上，用于放置工件6，所述的載物臺3與陽極電源9連接；所述的空心陰極輔助裝 置由兩個直徑不同且?guī)в锌锥吹拇髨A筒1和小圓筒2組成，所述的大圓筒1和小圓筒2構(gòu) 成同軸雙層圓筒，位于絕緣體5的絕緣環(huán)上，并通過絕緣環(huán)隔離，所述的小圓筒2和大圓筒 1分別與陰極電源4連接。所述的大圓筒1和小圓筒2由不銹鋼制成，小圓筒2的直徑為 300 350mm，大圓筒1的直徑為320 370mm，并保持大圓筒1與小圓筒2的間距為8 10mm，小圓筒2的筒壁上平均分布直徑為7 10mm的孔洞，孔洞邊緣最小間距為8 10mm。
—種鋁合金表面氧化處理方法包括以下步驟
A、工件6的清洗與裝爐 用工業(yè)清洗劑清洗工件6表面，然后進行裝爐，將工件6放置在載物臺3上，將載
物臺3與陽極電源9相連； B、抽真空、起輝 啟動真空泵7抽氣，同時啟動冷卻系統(tǒng)，由進水口 8進水，通過出水口 12排水，期 間通過冷卻觀察室窗11的窗口觀察水流是否通暢；當真空爐內(nèi)真空度達到13. 3 133Pa 時，通過進氣口 10充入凈化過的氧氣，氧氣經(jīng)過小圓筒2的孔洞，均勻分布在整個真空爐 內(nèi)，使工件6周圍氧氣濃度均衡；調(diào)節(jié)氧氣的流量，使真空爐內(nèi)的壓強保持在133-1333Pa， 打開電源，使真空爐內(nèi)的氧氣在高壓電場的作用下發(fā)生電離，產(chǎn)生輝光放電效應(yīng)；
C、升溫階段 其后續(xù)的操作隨氧化工藝不同而變化，可向真空爐內(nèi)連續(xù)通入氧氣達到要求的低 氣壓，范圍50 1000Pa，并逐步調(diào)節(jié)電壓、電流，控制氧化溫度，通過流量計調(diào)節(jié)真空爐內(nèi) 氣壓；調(diào)節(jié)大圓筒1與小圓筒2之間的間距，接通大圓筒1和小圓筒2上的陰極電源4，使 雙層圓筒保持空心陰極放電；期間可根據(jù)實際情況充入氬氣，讓氬氣引起濺射，從而增加氧 化放電強度，在工件6表面形成氧化膜層；
D、保溫階段 根據(jù)工藝要求，在300-600°C的溫度下，保溫l_4h ;
E、冷卻階段 將真空爐內(nèi)抽成低真空，關(guān)掉電源；待工件6隨真空爐冷卻到IO(TC時出爐。
權(quán)利要求
一種鋁合金表面氧化處理裝置包括真空爐、進氣系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、測溫系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)，所述的進氣系統(tǒng)包括氣瓶、穩(wěn)壓閥和進氣口(10)，進氣口(10)安裝在真空爐頂部，通過穩(wěn)壓閥與氣瓶相連；所述的供電系統(tǒng)采用脈沖直流高壓電源或直流濺射高壓電源；所述的測溫系統(tǒng)為常用KS型-熱電偶(17)；所述的抽真空系統(tǒng)包括真空泵(7)及其管路，所述的真空泵(7)通過管路與真空爐相連；其特征在于所述的真空爐為離子擴滲設(shè)備，包括冷卻觀察室窗(11)、爐壁(13)、底座(14)和爐門，所述的爐壁(13)與陽極電源(9)相連；所述的真空爐內(nèi)安裝有工件平臺和空心陰極輔助裝置；所述的工件平臺包括支座(16)、載物臺(3)、絕緣體(5)，所述的絕緣體(5)由中心平臺和絕緣環(huán)組成、位于支座(16)上，所述的支座(16)位于真空爐底座(14)上，所述的載物臺(3)位于絕緣體(5)的中心平臺上，用于放置工件(6)，所述的載物臺(3)與陽極電源(9)連接；所述的空心陰極輔助裝置由兩個直徑不同且?guī)в锌锥吹拇髨A筒(1)和小圓筒(2)組成，所述的大圓筒(1)和小圓筒(2)構(gòu)成同軸雙層圓筒，位于絕緣體(5)的絕緣環(huán)上，并通過絕緣環(huán)隔離，所述的小圓筒(2)和大圓筒(1)分別與陰極電源(4)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金表面氧化處理裝置，其特征在于所述的大圓筒(1) 和小圓筒(2)由不銹鋼制成，小圓筒(2)的直徑為300 350mm，大圓筒(1)的直徑為320 370mm，并保持大圓筒(1)與小圓筒(2)的間距為8 10mm，小圓筒(2)的筒壁上平均分布 直徑為7 10mm的孔洞，孔洞邊緣最小間距為8 10mm。
3. —種鋁合金表面氧化處理方法，其特征在于包括以下步驟A、 工件(6)的清洗與裝爐用工業(yè)清洗劑清洗工件(6)表面，然后進行裝爐，將工件(6)放置在載物臺(3)上，將 載物臺(3)與陽極電源(9)相連；B、 抽真空、起輝啟動真空泵(7)抽氣，同時啟動冷卻系統(tǒng)，由進水口 (8)進水，通過出水口 (12)排水， 期間通過冷卻觀察室窗(11)的窗口觀察水流是否通暢；當真空爐內(nèi)真空度達到13. 3 133Pa時，通過進氣口 (10)充入凈化過的氧氣，氧氣經(jīng)過小圓筒(2)的孔洞，均勻分布在 整個真空爐內(nèi)，使工件(6)周圍氧氣濃度均衡；調(diào)節(jié)氧氣的流量，使真空爐內(nèi)的壓強保持在 133-1333Pa，打開電源，使真空爐內(nèi)的氧氣在高壓電場的作用下發(fā)生電離，產(chǎn)生輝光放電效 應(yīng)；C、 升溫階段其后續(xù)的操作隨氧化工藝不同而變化，可向真空爐內(nèi)連續(xù)通入氧氣達到要求的低氣 壓，范圍50 1000Pa，并逐步調(diào)節(jié)電壓、電流，控制氧化溫度，通過流量計調(diào)節(jié)真空爐內(nèi)氣 壓；調(diào)節(jié)大圓筒(1)與小圓筒(2)之間的間距，接通大圓筒(1)和小圓筒(2)上的陰極電源 (4)，使雙層圓筒保持空心陰極放電；期間可根據(jù)實際情況充入氬氣，讓氬氣引起濺射，從而 增加氧化放電強度，在工件(6)表面形成氧化膜層；D、 保溫階段根據(jù)工藝要求，在300-600。C的溫度下，保溫l-4h ;E、 冷卻階段將真空爐內(nèi)抽成低真空，關(guān)掉電源；待工件(6)隨真空爐冷卻到IO(TC時出爐。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋁合金表面氧化處理裝置及其方法，所述的裝置包括真空爐、進氣系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、測溫系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)，真空爐內(nèi)安裝有工件平臺和空心陰極輔助裝置；工件平臺包括支座、載物臺、絕緣體，載物臺與陽極電源連接；空心陰極輔助裝置由兩個同軸、直徑不同且?guī)в锌锥吹拇髨A筒和小圓筒組成，分別與陰極電源連接。所述的方法主要是調(diào)節(jié)大圓筒與小圓筒之間的間距，使雙層圓筒保持空心陰極放電。當真空爐內(nèi)產(chǎn)生輝光放電后，電子在兩圓筒陰極之間震蕩并交替從兩陰極鞘層獲得能量，產(chǎn)生弧光放電即空心陰極放電產(chǎn)生高濃度、高活性的滲擴物質(zhì)，通過小圓筒上分布的孔洞，在工件表面快速飽和并反應(yīng)擴散，使工件得到高品質(zhì)的強化層。
文檔編號C23C8/36GK101709449SQ200910220159
公開日2010年5月19日 申請日期2009年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月24日
發(fā)明者張丹丹, 李楊, 沈烈, 王亮, 王春華 申請人:大連海事大學