CN114016109A - 一种轻型合金工件局部微弧氧化膜层修复方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及的轻型合金局部微弧氧化膜层修复方法，依次包括以下步骤：确定工件上的待修复区域；测量工件平均膜层厚度m；对工件上的待修复区域进行预处理；根据工件的合金种类配置局部微弧氧化电解液；现场加工与待修复区域适配的局部微弧氧化膜层修复装置；在工件上安装局部微弧氧化膜层修复装置，根据工件合金种类设置微弧氧化参数进行微弧氧化反应，当待修复区域修复后的膜层厚度h与工件平均膜层厚度m满足|h‑m|≤5μm后，即可停止微弧氧化反应进程，则轻型合金工件局部微弧氧化膜层修复完毕，从而能降低工件上待修复区域修复后的膜厚与周围区域膜厚之间的差异，使工件表面均匀性更好以避免工件表面高低不平，提升局部微弧氧化膜层修复效果。

Description

一种轻型合金工件局部微弧氧化膜层修复方法及装置
技术领域
本发明涉及金属表面处理技术领域，尤其是涉及一种轻型合金工件局部微弧氧化膜层修复方法，还涉及一种轻型合金工件局部微弧氧化膜层修复装置。
背景技术
微弧氧化(Microarc oxidation，MAO)又称微等离子体氧化(Microplasmaoxidation, MPO)或阳极火花沉积，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，原位生长出以基体金属氧化物为主的陶瓷膜层。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，在航空航天、船舰、机械、电子、装饰等领域具有广阔的应用前景。
虽然微弧氧化技术航空航天、船舰、机械、电子、装饰等领域获得了初步的应用，但是，由于微弧氧化对电源要求较高，且在高电压下膜层生长不确定因素太多，导致微弧氧化技术仍未得到大规模的应用，并且微弧氧化的轻型合金件存在以下的问题：
1)轻型合金产品在生产过程中不能保证整个产品在每处的成分与组织相同，并且微弧氧化的过程电流分布不均匀，所以会导致产品中微弧氧化层厚度相差较大，均匀性差；膜层较为薄的地方就会优先腐蚀导致产品破坏；
2)轻型合金产品在锻造、铸造等工艺下会产生成分偏析或者缺陷，此时会出现膜层氧化不上，氧化膜层存在缺陷等问题；
3)轻型合金产品在装配和运输过程中容易被划伤造成局部膜层破碎、开裂等。
以上的局部膜层薄弱、缺陷、破损都会直接影响轻型合金产品整体的耐腐蚀性能，从而使轻型合金产品使用寿命较短。
目前，针对微弧氧化膜层的修复方法有两种，一种是整体氧化方法，即将轻型合金产品或拆卸下来的膜层缺损部件运输至专用氧化车间，进行退膜再整体氧化处理，不仅耗时长、修复工作量大、修复成本高，还仅适用于体积较小的轻型合金产品或膜层缺损部件，适用范围较小；另一种是局部氧化方法，相比于前者，局部氧化方法无需运输轻型合金产品或拆卸下来的膜层缺损部件，只需要对膜层缺损的部位进行修复，耗时更短、修复工作量更小、修复成本低，适用范围更广。
专利申请号为CN201910926320.2(公开号为CN110565147A)的中国发明专利申请公开了一种钛合金工件局部微弧氧化装置和方法，所述装置包含移动式微弧氧化电源、待处理工件、可移动的不锈钢阴极管、氧化槽、溶液循环回收装置、溶液冷却系统；使用时先通过油墨遮蔽不需要微弧氧化的区域，然后使用局部微弧氧化工艺进行修复处理，通过管状不锈钢阴极管约束工件表面电场实现钛合金表面局部微弧氧化控制，溶液通过管状不锈钢阴极口流经工件待处理表面，然后回流至氧化槽进行回收。
上述钛合金工件局部微弧氧化装置和方法存在以下不足：①由于不同的待修复工件或者同一工件上不同区域的微弧氧化膜层厚度本身存在差异，且各个待修复区域的微弧氧化膜层缺损程度不一，导致各个待修复区域的情况差异较大，仅根据直观观察来对工件表面待修复区域进行微弧氧化，容易造成修复后的工件上修复区域与周围区域膜层厚度差异较大，从而出现工件表面出现高低不平的现象，导致工件表面微弧氧化膜层修复效果差甚至修复失效；②由于该装置在进行局部微弧氧化修复前需要涂覆油墨，修复后需要除去油墨，造成局部微弧氧化修复方法工序多，流程复杂，而且，油墨固化需要4 小时以上，导致该局部微弧氧化修复方法耗时较长。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述的技术现状而提供一种轻型合金工件局部微弧氧化膜层修复方法，能够降低工件上待修复区域修复后的膜厚与周围区域膜厚之间的差异，使工件表面均匀性更好从而避免出现高低不平的现象，提升轻型合金工件局部微弧氧化膜层的修复效果。
本发明所要解决的第二个技术问题是针对上述的技术现状而提供一种实现上述轻型合金工件局部微弧氧化膜层修复方法的轻型合金工件局部微弧氧化膜层修复装置，能够简化轻型合金工件局部微弧氧化膜层修复工序，缩短轻型合金工件局部微弧氧化膜层修复耗时。
本发明所要解决的第三个技术问题是针对上述的技术现状而提供一种实现上述轻型合金工件局部微弧氧化膜层修复方法的轻型合金工件局部微弧氧化膜层修复装置，能够使微弧氧化反应槽体积设计得更小从而能够减少电解液浪费。
本发明解决上述的第一个技术问题所采用的技术方案为：一种轻型合金工件局部微弧氧化膜层修复方法，其特征在于，依次包括以下步骤：
步骤一、确定工件上的待修复区域：对工件上的膜层薄弱部位进行标记，并测量能覆盖薄弱部位的最小圆的直径，令最小圆内部区域为待修复区域；
步骤二、测量工件平均膜层厚度m：由工件上的待修复区域膜层厚度、及待修复区域外围的膜层厚度得到工件平均膜层厚度m；
步骤三、对工件上的待修复区域进行预处理：依次包括打磨、抛光、清洗、两次冷喷涂处理，其中，第一次冷喷涂处理的喷粉组分为不锈钢粉末，第二次冷喷涂处理的喷粉组分为轻型合金工件的基础元素粉末或主要元素粉末；
步骤四、根据工件的合金种类配置微弧氧化电解液；
步骤五、现场加工与待修复区域适配的局部微弧氧化膜层修复装置；
步骤六、在工件上安装局部微弧氧化膜层修复装置，并根据工件合金种类设置微弧氧化参数以对待修复区域进行微弧氧化反应，当待修复区域修复后的膜层厚度h与工件平均膜层厚度m满足|h-m|≤5μm后，即可停止微弧氧化反应进程，则轻型合金工件局部微弧氧化膜层修复完毕。
为了便于对工件的待修复区域进行打磨，在步骤三中，①若工件平均膜层厚度m≥100mm，采用角磨机砂轮片对待修复区域进行打磨露出金属光泽；②若100mm＞工件平均膜层厚度m＞30mm，采用角磨机抛光片进行打磨露出金属光泽；③若工件平均膜层厚度m≤30mm，采用80目的砂纸进行手工打磨出金属光泽，再进行抛光。
为了便于对各种轻型合金进行冷喷涂以获得均匀的微弧氧化反应基体，在步骤三中，①若工件为镁合金工件，则第一次冷喷涂工艺为：采用粒径为50～150μm的不锈钢粉末作为喷粉组分，控制喷涂距离为20～50mm，喷砂速率15～35mm/s，颗粒入射角度为50°～90°，第二次冷喷涂工艺为：采用气体为压缩氮气，气流量275～320L/min，喷涂压力为2.8～3.2MPa，冷喷涂的工作气体的温度为200～300℃，喷涂距离为40～ 70mm，喷砂速率30～60mm/s，喷粉组分为Mg 10～25％、Zn 0.3～0.5％、Mn 0.3～0.5％、余量为Al，送粉速率3～10g/min；
②若工件为铝合金工件，则第一次冷喷涂工艺为：采用粒径为50～150μm的不锈钢粉末作为喷粉组分，控制喷涂距离为15～40mm，喷砂速率15～35mm/s，颗粒入射角度为50～90°，第二次冷喷涂工艺为：采用气体为压缩氮气，主气流量275～320L/min，喷涂压力为4～7MPa，冷喷涂的工作气体的温度为400～600℃，喷涂距离为20～40mm，喷砂速率15～45mm/s，喷粉组分为Al，送粉速率3～10g/min；
③若工件为钛合金工件，则第一次冷喷涂工艺为：采用粒径为50～150μm的不锈钢粉末作为喷粉组分，控制喷涂距离为10～40mm，喷砂速率15～35mm/s，颗粒入射角度为50～90°，第二次冷喷涂工艺为：采用气体为压缩氮气，气流量275～320L/min，喷涂压力为2.8～3.2MPa，冷喷涂的工作气体的温度为500～600℃，喷涂距离为15～ 40mm，喷砂速率10～30mm/s，喷粉组分为Ti，送粉速率3～10g/min。
为了便于各种轻型合金工件表面生长出更加致密、韧性好的微弧氧化膜层，在步骤四中，①若工件为镁合金工件，则电解液配方为：
成膜剂硅酸盐10～30g/L、铝酸盐8～30g/L、磷酸盐8～10g/L、酸性锆酸盐5～20g/L 中的至少一种，
PH调节试剂KOH1～5g/L、NaOH1～5g/L中的至少一种，
第一添加剂NaF0.5～3g/L、KF0.5～3g/L中的至少一种，
第二添加剂甘油5～15ml/L、三乙醇胺5～15ml/L，柠檬酸钠5～15g/L中的至少一种，
第三添加剂纳米三氧化二铝0.5～3g/L、醋酸镍0.3～0.8g/L中的至少一种，
溶剂去离子水；
②若工件为铝合金工件，则电解液配方为：
成膜剂硅酸盐3～20g/L、钨酸盐1～5g/L、铝酸盐1～5g/L中的至少两种，
PH调节试剂KOH 1～5g/L、NaOH 1～5g/L中的至少一种，
第一添加剂硼砂3～10g/L，
第二添加剂纳米二氧化钛0.3～0.8g/L、纳米二氧化硅0.5～1.5g/L、纳米三氧化二铝0.5～1.5g/L中的至少一种，
溶剂去离子水；
③若工件为钛合金工件，则电解液配方为：
成膜剂硅酸盐10～30g/L、铝酸盐8～30g/L、磷酸盐8～10g/L中的一种，
PH调节试剂KOH 1～5g/L、NaOH 1～5g/L中的一种，
第一添加剂NaF 0.5～3g/L、KF 0.5～3g/L的至少一种，
第二添加剂柠檬酸钠5～15g/L、乙二胺四乙酸二钠5～15g/L中的至少一种，
溶剂去离子水。
为了便于各种轻型合金工件表面生长出更加致密、韧性好的微弧氧化膜层，在步骤五中，①若工件为镁合金工件，则微弧氧化工艺参数为：频率为800～1200Hz，占空比为10～20％，正脉冲个数为3个，负脉冲个数为1个，负电压为50～150V，而正电压遵循以下规则：当膜厚h≥100mm，则微弧氧化正电压为450～500V，当100mm＞h＞ 30mm，则微弧氧化正电压为350～400V，当膜厚h≤30mm，则微弧氧化正电压为250～ 300V；
②若工件为铝合金工件，则微弧氧化工艺参数为：频率为500～1200Hz，占空比为10～30％，正脉冲个数为3个，负脉冲个数为1个，负电压为50～150V，而正电压遵循以下规则：当膜厚h≥100mm，则微弧氧化正电压为500～550V，当100mm＞h＞30mm，则微弧氧化正电压为400～480V，当膜厚h≤30mm，则微弧氧化正电压为300～350V；
③若工件为钛合金工件，则微弧氧化工艺参数为：频率为300～800Hz，占空比为20～40％，正脉冲个数为3个，负脉冲个数为1个，负电压为50～150V，而正电压遵循以下规则：当膜厚h≥100mm，则微弧氧化正电压为450～500V，当100mm＞h＞30mm，则微弧氧化正电压为400～420V，当膜厚h≤30mm，则微弧氧化正电压为300～350V。
本发明解决上述第二个和第三个技术问题所采用的技术方案为：一种轻型合金工件局部微弧氧化膜层修复装置，包括
微弧氧化反应槽，其上开有接口，其上还连接有进液管和出液管；
移动式电源，设于所述微弧氧化反应槽外、并具有正极和负极，所述移动式电源的正极用于与待修复工件电连接；
其特征在于：还包括有
不锈钢电极，容置于所述微弧氧化反应槽内部、并与所述移动式电源的负极电连接；
锥形绝缘筒，该锥形绝缘筒的内部与所述微弧氧化反应槽的内部连通，且所述锥形绝缘筒的小口径端与所述接口密封连接，所述锥形绝缘筒的大口径端用于与待修复工件的表面密封配合。
为了使锥形绝缘筒与待修复工件的表面密封得更好，所述锥形绝缘筒的大口径端设有柔性裙边，该柔性裙边用于与待修复工件的表面相贴合。通过柔性裙边的设计，不仅能够使锥形绝缘筒的大口径端与待修复工件的表面的贴合度更好，还能够增大锥形绝缘筒的大口径端与待修复工件的表面的接触面积，这两个方面都能够使锥形绝缘筒与待修复工件的表面密封得更好。
为了便于锥形绝缘筒与微弧氧化反应槽的连接，同时，为了使锥形绝缘筒与微弧氧化反应槽的接口密封性更好，所述锥形绝缘筒的小口径端朝向所述接口开有插槽，所述接口密封插接于所述的插槽中。插槽和接口的配合使微弧氧化反应槽与锥形绝缘筒连接更加方便，而且，插槽由于外侧壁包覆在接口外壁，能够使微弧氧化反应槽内的电解液更加不容易从接口处渗漏，使锥形绝缘筒与微弧氧化反应槽的接口密封性更好。
为了便于微弧氧化反应槽进液，还包括用于盛装电解液的电解槽，所述进液管的进口插置于所述电解槽中，且所述进液管上设有电机；所述出液管的出口插置于所述电解槽中，且所述出液管上设有用于对电解液进行冷却的冷却装置。
与现有技术相比，本发明的优点在于：轻型合金工件局部微弧氧化膜层修复方法通过测量工件的平均膜层厚度m，并在轻型合金工件局部微弧氧化膜层修复之前先对工件上的待修复区域进行打磨、抛光、清洗、两次冷喷涂处理，以使工件上的待修复区域平整从而为微弧氧化膜层生长提供表面均匀的基体，最后通过将工件上的待修复区域微弧氧化生长的膜层量化地对标平均膜层厚度m，能够降低工件上待修复区域修复后的膜厚与周围区域的膜厚差异，使工件表面均匀性更好从而避免出现高低不平的现象，提升轻型合金工件微弧氧化膜层的修复效果；轻型合金工件局部微弧氧化膜层修复装置通过锥形绝缘筒使微弧氧化反应槽内部与外部隔绝，以避免电解液从锥形绝缘筒的大径端边缘渗漏至待修复工件上不需要修复的区域表面而破坏待修复工件上的正常膜层，无需对待修复工件上不需要修复的区域表面进行涂覆油墨后再去除，不仅能够简化轻型合金工件局部微弧氧化膜层修复工序，缩短轻型合金工件局部微弧氧化膜层修复耗时，从而能够提高膜层修复效率，而且，绝缘筒的形状设计，能够允许将微弧氧化反应槽体积设计得更小，从而能够避免造成电解液的浪费，有效节省原料，从而降低膜层修复成本。
说明书附图
图1为本实施例中轻型合金工件局部微弧氧化膜层修复装置的结构示意图；
图2为图1中A处的放大图；
图3为本实施例中轻型合金工件局部微弧氧化膜层修复的流程图。
具体实施方式
以下对本发明实施例作进一步详细描述。
本实施例中的轻型合金工件局部微弧氧化膜层修复装置，包括微弧氧化反应槽7、移动式电源(图中未显示)、不锈钢电极6和锥形绝缘筒3。微弧氧化反应槽7上开有接口71，微弧氧化反应槽7上还连接有进液管4和出液管5(见图2)。移动式电源设于微弧氧化反应槽7外、并具有正极和负极，且移动式电源的正极用于与待修复工件2电连接(见图1)。不锈钢电极6容置于微弧氧化反应槽7内部、并与移动式电源的负极电连接(见图2)。锥形绝缘筒3的内部与微弧氧化反应槽7的内部连通，且锥形绝缘筒3的小口径端与接口71密封连接，锥形绝缘筒3的大口径端用于与待修复工件2的表面密封配合。
本实施例中的轻型合金工件局部微弧氧化膜层修复装置，通过锥形绝缘筒3使微弧氧化反应槽7内部与外部隔绝，以避免电解液从锥形绝缘筒3的大口径端边缘渗漏至待修复工件2上不需要修复的区域表面而破坏待修复工件2上的正常膜层，无需对待修复工件2上不需要修复的区域表面进行涂覆油墨后再去除，不仅能够简化轻型合金工件局部微弧氧化膜层修复工序，缩短工时，从而能够提高膜层修复效率，而且，绝缘筒的形状设计，能够允许将微弧氧化反应槽7体积设计得更小，从而能够避免造成电解液的浪费，有效节省原料，从而降低膜层修复成本。
如图2所示，锥形绝缘筒3的大口径端设有柔性裙边31，该柔性裙边31用于与待修复工件2的表面相贴合，从而不仅能够使锥形绝缘筒3的大口径端与待修复工件2的表面的贴合度更好，还能够增大锥形绝缘筒3的大口径端与待修复工件2的表面的接触面积，这两个方面都能够使锥形绝缘筒3与待修复工件2的表面密封得更好。锥形绝缘筒3的小口径端朝向接口71开有插槽32，接口71密封插接于插槽32中。插槽32和接口71的配合使微弧氧化反应槽7与锥形绝缘筒3连接更加方便，而且，插槽32由于外侧壁包覆在接口71外壁，能够使微弧氧化反应槽7内的电解液更加不容易从接口71处渗漏，使锥形绝缘筒3与微弧氧化反应槽7的接口71密封性更好。
如图1所示，本实施例中的轻型合金工件局部微弧氧化膜层修复装置，还包括用于盛装电解液的电解槽1，进液管4的进口插置于电解槽1中，且进液管4上设有电机41。出液管5的出口插置于电解槽1中，能够方便对电解液进行回收利用，并且，可将电解槽1放置于任意位置，无需放置于工件待修复区域的正下方即能对电解液进行回收利用，使该轻型合金工件局部微弧氧化膜层修复装置的使用能够降低工件上待修复区域周围空间的要求，从而适用范围更广；出液管5上设有用于对电解液进行冷却的冷却装置51，以便于轻型合金工件局部微弧氧化膜层修复装置能够便于控制电解液的温度。
以下各实施例中均采用上述轻型合金工件局部微弧氧化膜层修复装置对轻型合金工件局部进行微弧氧化膜层修复。
实施例1
如图3所示，本实施例中的镁合金工件局部微弧氧化膜层修复方法，依次包括以下步骤：
1)找到镁合金工件的膜层薄弱位置，并采用红色圆圈将该处进行标记，并测量能覆盖该位置处的最小圆的直径，令最小圆内部区域为待修复区域；
2)测量标记位置膜层厚度以及周围膜层厚度：采用涡流测厚仪器测量薄弱位置的膜厚以及薄弱位置周围膜厚求出平均膜厚为25μm，其中，标记圈里测量点为5-8个，标记圈周围测量点为5-8个。
3)采用80目的砂纸对镁合金工件上的待修复区域进行手工打磨出金属光泽，再进行抛光。
4)采用去离子水对产品打磨处进行清洗残渣。
5)打磨处进行冷喷涂，第一次冷喷涂工艺为：采用粒径为50μm的不锈钢粉末通过送粉器输送至冷喷涂装置中，对镁合金待修复表面进行冷喷涂粗化处理控制喷涂距离为20mm，喷砂速率15mm/s，颗粒入射角度为50°；第二次冷喷涂工艺为：采用气体为压缩氮气，气流量275L/min，喷涂压力为2.8MPa，冷喷涂的工作气体的温度为200℃，喷涂距离为40mm，喷砂速率30mm/s；喷粉组分为Mg 10％，Zn 0.3％，Mn 0.3％，余量为Al，送粉速率3g/min。
6)配置镁合金工件局部微弧氧化电解液：硅酸钠10g/L，铝酸钠8g/L，NaOH 1g/L；NaF 0.5g/L，甘油5ml/L，柠檬酸钠5g/L，醋酸镍0.3g/L，溶剂为去离子水。
7)现场加工与待修复区域适配的局部微弧氧化膜层修复装置：测量待修复区域的尺寸，并根据该尺寸加工匹配的密封圈，保证密封圈安装后可以进行密封不侧漏电解液，如图2中的工件2与锥形绝缘筒3的配合状态，并如图1所示组装轻型合金工件局部微弧氧化膜层修复装置。
8)在镁合金工件上安装轻型合金工件局部微弧氧化修复装置进行局部微弧氧化：按照如图2所示进行微弧氧化装置的安装，进行微弧氧化，微弧氧化工艺参数为：频率为800Hz，占空比为10％，正脉冲个数为3个，负脉冲个数为1个，负电压为50V，正电压为250V；在打磨处产生了较大的火花后，停止镁合金工件局部微弧氧化进行膜层测量，测量后膜厚为22.5μm，满足等式中|h-m|＝2.5μm<5μm，外观与原始膜层无色差，并且无缺陷。
实施例2
如图3所示，本实施例中的铝合金工件局部微弧氧化膜层修复方法，依次包括以下步骤：
1)找到铝合金工件的膜层薄弱位置，并采用红色圆圈将该处进行标记，并测量能覆盖该位置处的最小圆的直径，令最小圆内部区域为待修复区域；
2)测量标记位置膜层厚度以及周围膜层厚度：采用涡流测厚仪器测量薄弱位置的膜厚以及薄弱位置周围膜厚求出平均膜厚为105.2μm，其中，标记圈里测量点为5-8个，标记圈周围测量点为5-8个。
3)采用角磨机砂轮片对铝合金工件上的待修复区域进行打磨露出金属光泽，再进行抛光。
4)采用去离子水对产品打磨处进行清洗残渣。
5)打磨处进行冷喷涂，第一次冷喷涂工艺为：采用粒径为100μm的不锈钢粉末通过送粉器输送至冷喷涂装置中，对铝合金待修复表面进行冷喷涂粗化处理控制喷涂距离为30mm，喷砂速率25mm/s，颗粒入射角度为70°；第二次冷喷涂工艺为：采用气体为压缩氮气，主气流量300L/min，喷涂压力为5MPa，冷喷涂的工作气体的温度为500℃，喷涂距离为20mm，喷砂速率15mm/s；喷粉组分为纯Al，送粉速率6g/min。
6)配置铝合金工件局部微弧氧化电解液，铝合金电解液配方为：硅酸钠10g/L，钨酸钠2g/L，KOH 3g/L，硼砂5g/L，纳米二氧化钛0.5g/L，溶剂为去离子水。
7)现场加工与待修复区域适配的局部微弧氧化膜层修复装置：测量待修复区域的尺寸，并根据该尺寸加工匹配的密封圈，保证密封圈安装后可以进行密封不侧漏电解液，如图2中的工件2与锥形绝缘筒3的配合状态，并如图1所示组装轻型合金工件局部微弧氧化膜层修复装置。
8)在铝合金工件上安装轻型合金工件局部微弧氧化修复装置进行局部微弧氧化：按照如图2所示进行微弧氧化装置的安装，进行微弧氧化，微弧氧化工艺参数：频率为800Hz，占空比为30％，正脉冲个数为3个，负脉冲个数为1个，负电压为150V；当微弧氧化膜厚h≤30mm，正电压为300V，当微弧氧化膜层100mm＞h＞30mm，正电压为 400V，当微弧氧化膜层h≥100mm，微弧氧化正电压为500V；在打磨处产生了较大的火花后，停止铝合金工件局部微弧氧化进行膜层测量，测量后膜厚为101.5μm，满足等式中|h-m|＝3.7μm<5μm，外观与原始膜层无色差，并且无缺陷。
实施例3
如图3所示，本实施例中的钛合金工件局部微弧氧化膜层修复方法，依次包括以下步骤：
1)找到钛合金工件的膜层薄弱位置，并采用红色圆圈将该处进行标记，并测量能覆盖该位置处的最小圆的直径，令最小圆内部区域为待修复区域；
2)测量标记位置膜层厚度以及周围膜层厚度：采用涡流测厚仪器测量薄弱位置的膜厚以及薄弱位置周围膜厚求出平均膜厚为65.6μm，其中，标记圈里测量点为5-8个，标记圈周围测量点为5-8个。
3)采用角磨机抛光片对钛合金工件上的待修复区域进行打磨露出金属光泽，再进行抛光。
4)采用去离子水对产品打磨处进行清洗残渣。
5)打磨处进行冷喷涂，第一次冷喷涂工艺为：采用粒径为150μm的不锈钢粉末通过送粉器输送至冷喷涂装置中，对钛合金待修复表面进行冷喷涂粗化处理控制喷涂距离为40mm，喷砂速率35mm/s，颗粒入射角度为90°；第二次冷喷涂工艺为：采用气体为压缩氮气，气流量320L/min，喷涂压力为3.2MPa，冷喷涂的工作气体的温度为600℃，喷涂距离为40mm，喷砂速率30mm/s；喷粉组分为纯Ti，送粉速率10g/min。
6)配置钛合金工件局部微弧氧化电解液：硅酸钠30g/L，KOH 3g/L，NaF 0.5g/L，乙二胺四乙酸二钠15g/L，溶剂为去离子水。
7)现场加工与待修复区域适配的局部微弧氧化膜层修复装置：测量待修复区域的尺寸，并根据该尺寸加工匹配的密封圈，保证密封圈安装后可以进行密封不侧漏电解液，如图2中的工件2与锥形绝缘筒3的配合状态，并如图1所示组装轻型合金工件局部微弧氧化膜层修复装置。
8)在钛合金工件上安装轻型合金工件局部微弧氧化修复装置进行局部微弧氧化：按照如图2所示进行微弧氧化装置的安装，进行微弧氧化，微弧氧化工艺参数：频率为300Hz，占空比为40％，正脉冲个数为3个，负脉冲个数为1个，负电压为150V；当微弧氧化膜厚h≤30mm，正电压为300V，当微弧氧化膜层100mm＞h＞30mm，正电压为 400V；在打磨处产生了较大的火花后，停止钛合金工件局部微弧氧化进行膜层测量，测量后膜厚为69.8μm，满足等式中|h-m|＝4.2μm<5μm，外观与原始膜层无色差，并且无缺陷。

Claims (9)

1.一种轻型合金工件局部微弧氧化膜层修复方法，其特征在于，依次包括以下步骤：
步骤一、确定工件上的待修复区域：对工件上的膜层薄弱部位进行标记，并测量能覆盖薄弱部位的最小圆的直径，令最小圆内部区域为待修复区域；
步骤二、测量工件平均膜层厚度m：由工件上的待修复区域膜层厚度、及待修复区域外围的膜层厚度得到工件平均膜层厚度m；
步骤三、对工件上的待修复区域进行预处理：依次包括打磨、抛光、清洗、两次冷喷涂处理，其中，第一次冷喷涂处理的喷粉组分为不锈钢粉末，第二次冷喷涂处理的喷粉组分为轻型合金工件的基础元素粉末或主要元素粉末；
步骤四、根据工件的合金种类配置微弧氧化电解液；
步骤五、现场加工与待修复区域适配的局部微弧氧化膜层修复装置；
步骤六、在工件上安装局部微弧氧化膜层修复装置，并根据工件合金种类设置微弧氧化参数以对待修复区域进行微弧氧化反应，当待修复区域修复后的膜层厚度h与工件平均膜层厚度m满足|h-m|≤5μm后，即可停止微弧氧化反应进程，则轻型合金工件局部微弧氧化膜层修复完毕。
2.根据权利要求1所述的轻型合金工件局部微弧氧化膜层修复方法，其特征在于，在步骤三中，①若工件平均膜层厚度m≥100mm，采用角磨机砂轮片对待修复区域进行打磨露出金属光泽；②若100mm＞工件平均膜层厚度m＞30mm，采用角磨机抛光片进行打磨露出金属光泽；③若工件平均膜层厚度m≤30mm，采用80目的砂纸进行手工打磨出金属光泽，再进行抛光。
3.根据权利要求1所述的轻型合金工件局部微弧氧化膜层修复方法，其特征在于，在步骤三中，①若工件为镁合金工件，则第一次冷喷涂工艺为：采用粒径为50～150μm的不锈钢粉末作为喷粉组分，控制喷涂距离为20～50mm，喷砂速率15～35mm/s，颗粒入射角度为50°～90°，第二次冷喷涂工艺为：采用气体为压缩氮气，气流量275～320L/min，喷涂压力为2.8～3.2MPa，冷喷涂的工作气体的温度为200～300℃，喷涂距离为40～70mm，喷砂速率30～60mm/s，喷粉组分为Mg 10～25％、Zn 0.3～0.5％、Mn 0.3～0.5％、余量为Al，送粉速率3～10g/min；
②若工件为铝合金工件，则第一次冷喷涂工艺为：采用粒径为50～150μm的不锈钢粉末作为喷粉组分，控制喷涂距离为15～40mm，喷砂速率15～35mm/s，颗粒入射角度为50～90°，第二次冷喷涂工艺为：采用气体为压缩氮气，主气流量275～320L/min，喷涂压力为4～7MPa，冷喷涂的工作气体的温度为400～600℃，喷涂距离为20～40mm，喷砂速率15～45mm/s，喷粉组分为Al，送粉速率3～10g/min；
③若工件为钛合金工件，则第一次冷喷涂工艺为：采用粒径为50～150μm的不锈钢粉末作为喷粉组分，控制喷涂距离为10～40mm，喷砂速率15～35mm/s，颗粒入射角度为50～90°，第二次冷喷涂工艺为：采用气体为压缩氮气，气流量275～320L/min，喷涂压力为2.8～3.2MPa，冷喷涂的工作气体的温度为500～600℃，喷涂距离为15～40mm，喷砂速率10～30mm/s，喷粉组分为Ti，送粉速率3～10g/min。
4.根据权利要求1所述的轻型合金工件局部微弧氧化膜层修复方法，其特征在于，在步骤四中，①若工件为镁合金工件，则电解液配方为：
成膜剂硅酸盐10～30g/L、铝酸盐8～30g/L、磷酸盐8～10g/L、酸性锆酸盐5～20g/L中的至少一种，
PH调节试剂KOH1～5g/L、NaOH1～5g/L中的至少一种，
第一添加剂NaF0.5～3g/L、KF0.5～3g/L中的至少一种，
第二添加剂甘油5～15ml/L、三乙醇胺5～15ml/L，柠檬酸钠5～15g/L中的至少一种，
第三添加剂纳米三氧化二铝0.5～3g/L、醋酸镍0.3～0.8g/L中的至少一种，
溶剂去离子水；
②若工件为铝合金工件，则电解液配方为：
成膜剂硅酸盐3～20g/L、钨酸盐1～5g/L、铝酸盐1～5g/L中的至少两种，
PH调节试剂KOH 1～5g/L、NaOH 1～5g/L中的至少一种，
第一添加剂硼砂3～10g/L，
第二添加剂纳米二氧化钛0.3～0.8g/L、纳米二氧化硅0.5～1.5g/L、纳米三氧化二铝0.5～1.5g/L中的至少一种，
溶剂去离子水；
③若工件为钛合金工件，则电解液配方为：
成膜剂硅酸盐10～30g/L、铝酸盐8～30g/L、磷酸盐8～10g/L中的一种，
PH调节试剂KOH 1～5g/L、NaOH 1～5g/L中的一种，
第一添加剂NaF 0.5～3g/L、KF 0.5～3g/L的至少一种，
第二添加剂柠檬酸钠5～15g/L、乙二胺四乙酸二钠5～15g/L中的至少一种，
溶剂去离子水。
5.根据权利要求1所述的轻型合金工件局部微弧氧化膜层修复方法，其特征在于，在步骤五中，①若工件为镁合金工件，则微弧氧化工艺参数为：频率为800～1200Hz，占空比为10～20％，正脉冲个数为3个，负脉冲个数为1个，负电压为50～150V，而正电压遵循以下规则：当膜厚h≥100mm，则微弧氧化正电压为450～500V，当100mm＞h＞30mm，则微弧氧化正电压为350～400V，当膜厚h≤30mm，则微弧氧化正电压为250～300V；
②若工件为铝合金工件，则微弧氧化工艺参数为：频率为500～1200Hz，占空比为10～30％，正脉冲个数为3个，负脉冲个数为1个，负电压为50～150V，而正电压遵循以下规则：当膜厚h≥100mm，则微弧氧化正电压为500～550V，当100mm＞h＞30mm，则微弧氧化正电压为400～480V，当膜厚h≤30mm，则微弧氧化正电压为300～350V；
③若工件为钛合金工件，则微弧氧化工艺参数为：频率为300～800Hz，占空比为20～40％，正脉冲个数为3个，负脉冲个数为1个，负电压为50～150V，而正电压遵循以下规则：当膜厚h≥100mm，则微弧氧化正电压为450～500V，当100mm＞h＞30mm，则微弧氧化正电压为400～420V，当膜厚h≤30mm，则微弧氧化正电压为300～350V。
6.一种实现如权利要求1～5中任一权利要求所述的轻型合金工件局部微弧氧化膜层修复方法的轻型合金工件局部微弧氧化膜层修复装置，包括
微弧氧化反应槽(7)，其上开有接口(71)，其上还连接有进液管(4)和出液管(5)；
移动式电源，设于所述微弧氧化反应槽(7)外、并具有正极和负极，所述移动式电源的正极用于与待修复工件(2)电连接；
其特征在于：还包括有
不锈钢电极(6)，容置于所述微弧氧化反应槽(7)内部、并与所述移动式电源的负极电连接；
锥形绝缘筒(3)，该锥形绝缘筒(3)的内部与所述微弧氧化反应槽(7)的内部连通，且所述锥形绝缘筒(3)的小口径端与所述接口(71)密封连接，所述锥形绝缘筒(3)的大口径端用于与待修复工件(2)的表面密封配合。
7.根据权利要求6所述的轻型合金工件局部微弧氧化膜层修复装置，其特征在于：所述锥形绝缘筒(3)的大口径端设有柔性裙边(31)，该柔性裙边(31)用于与待修复工件(2)的表面相贴合。
8.根据权利要求6所述的轻型合金工件局部微弧氧化膜层修复装置，其特征在于：所述锥形绝缘筒(3)的小口径端朝向所述接口(71)开有插槽(32)，所述接口(71)密封插接于所述的插槽(32)中。
9.根据权利要求6所述的轻型合金局部工件微弧氧化膜层修复装置，其特征在于：还包括用于盛装电解液的电解槽(1)，所述进液管(4)的进口插置于所述电解槽(1)中，且所述进液管(4)上设有电机(41)；所述出液管(5)的出口插置于所述电解槽(1)中，且所述出液管(5)上设有用于对电解液进行冷却的冷却装置(51)。
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