CN115584544A - 一种微弧氧化方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微弧氧化方法及设备；包括以下步骤：步骤一：将工件的待处理表面和电极浸入导电悬浮液、使它们之间有电流脉冲通过；步骤二：在悬浮液中产生导电浸没射流，其方向由电极指向待处理表面；步骤三：射流顶部和工件表面之间的电场强度周期性地在最大值到最小值之间变化；步骤四：用含氧气体对悬浮液进行曝气之后，浸没射流在带负电荷的电极通道中由悬浮液形成。本发明结构简单，设计巧妙，能够以最少的电能消耗获得高质量膜层、减少电能损耗、提高生产效率。

Description

一种微弧氧化方法及设备

技术领域

本发明属于机械制造技术领域，尤其涉及一种微弧氧化方法及设备。

背景技术

①一种在碳钢表面电解沉积的方法[专利No.2082838C1。碳钢表面电解沉积的方法。发明人：Mikhailov V.N.，Shkuro V.G.，Timoshenko A.V.。国际专利分类C25D11/02。发布日期：1996年11月20日]。本发明涉及一种在黑色金属和有色金属表面形成氧化物耐磨层的电化学方法，可用于机器制造。金属及其合金的电解沉积方法包含：在100～1000V电压下，铝酸钠溶液中发生阳极氧化反应。铝酸钠溶液通过喷嘴供给，喷嘴距零件表面5～10mm，通过旋转轴承，可以使溶液液面以0.5～1.0m/min的速度围绕圆柱表面运动。所提方法可以通过降低电流密度和缩短工艺持续时间来简化技术。

②另一种铝的微弧氧化方法[俄罗斯专利No.1805694。铝及其合金的微弧氧化方法。发明人：C.B.Scythian，P.E.Nauk,E.L.Shcherbakov等。国际发明分类C25D11/00。1993年3月30日发布于No.12公报]。该方法的本质是在含有硅酸盐的碱性电解液中施加不对称的脉冲电流，同时在电解液中通入含有1.1～6.5wt％臭氧的空气混合气体。

③为了克服上述两种方法的缺点，可以使用阀金属及其合金阳极氧化的方法[俄罗斯专利No.2077612。阀金属及其合金阳极氧化的方法。发明人：Mamaev A.I.RamazanovaZh.M.Saveliev Yu.A.Butyagin P.I.。国际发明分类C25D 11/00。发布日期：1997年4月20日]。该方法包括在碱性电解液中以阳极—阴极脉冲模式氧化，阳极和阴极电流的密度值在0～800A/dm²之间变化。碱性电解液包含以下成分：磷酸盐40～45g/L，硼酸盐30～35g/L，氟化物10～15g/L，水玻璃80～200g/L，碱金属氢氧化物5～15g/L，固体粉末2～20g/L。之后在混合材料的溶液中对所得氧化物层进行附加的研磨加工。

④一种表面处理方法及设备[专利No.2077611C1。一种表面处理方法及设备。发明人：Ryabkov V.M.，Steblyanko V.L.。国际专利分类C25D5/00。发布日期：1998年2月27日]，是将工件放置在与连接到电源正极的金属相距一定距离的导电环境中，工件表面通过等离子层进行放电，阳极与被处理工件表面等距设置。电极由化学惰性材料制成，如碳或待加工物体的材料。

⑤另一种设备[专利No.2070947C1。金属零件微弧氧化设备。发明人：MalyshevV.N.，Malysheva N.V.。国际专利分类C25D11/02。发布日期：1996年12月27日]。该设备被用于电化学处理金属和合金表面，以获得氧化物涂层。该设备包含电解池，电解池的主体连接到电流转换器和用于为氧化工件提供电流的控制系统。该设备中，可调整流器并联连接，并连接在串—并联连接的对角线上；逆变器组装在另一条对角线上，通过电子开关连接到电解池，而额外的电子开关串联连接到整流器之间的电路。所提设备为电解池提供100～500V的0.05～1KHz低频的可变极性的脉冲电压，同时将600～1000V的1～10KHz高频脉冲施加到正半周期中。根据该方法，不仅可以在阀金属和合金上形成高质量膜层，而且可以在黑色金属和有色金属上形成高质量膜层。当施加交变电压的相反极性时，微弧放电在正负半周期产生，只是它们存在的区域不同：阳极在薄膜—电解液边界放电，阴极在金属—氧化物边界放电。在正半周期中，在交变低频脉冲的基础上，施加附加的较高振幅高频脉冲，这能确保更容易击穿工件表面薄膜，因为在该半周期中总电流增加，这为电极间放电创造了有利条件，不仅可以在带有明显阀门特性的氧化膜上放电，而且可以在其它氧化物上放电，例如Fe₂O₃、CuO等。

⑥与本专利发明最接近的是用于金属及其合金的微弧氧化的设备[专利No.2422560，用于金属及其合金的微弧氧化的设备。发明人：Chubraeva L.I.，MartynovA.A.，Andreev E.N.，Orlov A.R.，Antonovskiy N.V.。//国际专利分类C25D 11/02，发布时间：2011年6月27日，发布于No.18公报。]。用于金属及其合金的微弧氧化的设备包含：与辅助电源相连的电源、电解池、升压变压器。电解池的主体通过串联的电压传感器和电流传感器与氧化部件相连，并与电脑的控制器相连。升压变压器，特征在于还包括电压闸流管换流器、脉冲相位控制系统、驱动单元、第一和第二模数转换器、手动控制台、微控制器和遥控器。

该设备还包括：电源、带有电解液的电解槽、电流引入端子、装有电解液的容器、电压比较单元和信号转换单元、输送泵和控制阀。可以通过均匀增加电解液浓度为零件提供高质量的膜层。

方法①的缺点是待处理工件会有部分与空气接触，导致该部位发生氧化，并在电解液—空气界面处形成疏松的膜层；另外，由于在电解液中存在湍流，使电阻增加，导致加热电解液的能量增大。

方法②的缺点是，所采用的微弧能量密度太低，不足以有效去除沉积的膜层。此外，与前一方法相同，由于电解液本身电阻高，对其进行加热时会消耗一部分电能，造成电能损失。

方法③以及类似方法的缺点是，这些方法是在阳极—阴极模式下进行，且两极间间隙较大，这降低了导电液体材料—电解悬浮液的电导率，并降低了被处理工件表面上的氧离子量，且两极间大间隙会增加用于加热和冷却电解液的电能消耗。

方法④的缺点是，电极表面与工件表面等距放置，这限制了该设备在复杂形状的表面沉积膜层时的能力。此外，该设备专为阴极表面处理而设计，无法在阳极表面沉积膜层。

方法⑤所提的设备包含电源、电解池、电子开关和逆变器，配备两个可调整流器，对应低电压和高电压，使用额外的电子开关。主要缺点是增加了加热电解液的能耗。

方法⑥作为原型设备，其缺点是在电解槽中必须有一定量的电解液。电解槽中电解液量的连续可控变化使得设备具有加工大尺寸产品的能力，但高电阻、大面积的工件和大的极间间隙导致加热电解液的巨大能量损失，加工时无法使用高密度的能量。

原型设备缺乏在放电中提供高能量密度的重要特征，限制了膜层质量的提高。该设备不能以恒定流速控制电解槽中的电解液水平高度。此外，在原型设备中，没有合适方法来调节电解悬浮液高度的平稳增加，因此，产品的氧化区域也受限，导致该技术的应用受限。最重要的是，原型设备没有以下重要特征：通过减小电极间间隙的大小、流体力学分量和引入额外的离子、固体粒子载体和电荷载体来增加电解液的电导率。在该方法和设备中，没有明显的特征表明有可能将悬浮液的离子、带电固体和气体元素输送到待处理工件表面。

针对上述技术问题，故需要进行改进。

发明内容

本发明是为了克服上述现有技术中的不足，提供一种微弧氧化方法及设备，以最少的电能消耗获得高质量的膜层。本发明的主要目标是通过加入附加的重要特征来提高膜层的质量、减少电能的损失、提高生产效率。

上述缺点的解决方案包括建立将带电粒子传输到氧化表面的机制，这意味着在加热电解液时可以降低电能损耗。这是通过在电解液中形成浸没射流来保证的，该射流方向从电极流向被处理工件表面。浸没射流由电极通道中带负电的电解液、固体颗粒和气体的混合物组成。当电解悬浮液的临界温度达到60℃时，浸没射流顶部和表面导电区域之间电场强度从最大值变为最小值。

重要特征还包括：在待处理工件表面和电极表面之间的间隙中形成悬浮液的浸没射流，使得射流的方向与静电场力方向一致。间隙的大小设置为最小值，间隙大小要能够防止被击穿。从电极间隙排出的电解液流过电极周围，这样可以控制电极间隙中电解液的温度和流速。

为了增加膜层的硬度并在膜层中产生阴极斑点，该方法引入一个重要特征，使得在浸没射流顶部和第二电极之间形成高能量线性放电。液体电极的有效面积与放电点面积比为100倍以上，这为在浸没射流顶部形成线性放电创造了条件。放电中的电场强度在1×10⁵～1×10⁷V/m的范围内变化，并且取决于浸没射流表面和金属工件表面之间的介电层厚度。

提高浸没射流电导率的一个重要特征是，它们在电极通道中形成的时间应该足以使带正电的离子重新结合，使固体粒子和气体离散形成物具有负电荷。电解液用空气进行曝气。在曝气过程中，固体粒子依附在气泡表面，确保它们通过电极通道输送到浸没流。电解液在悬浮液箱中进行冷却。

为了达到以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种微弧氧化方法及设备，包括以下步骤：

步骤一：将工件的待处理表面和电极浸入导电悬浮液、使它们之间有电流脉冲通过；

步骤二：在悬浮液中产生导电浸没射流，其方向由电极指向待处理表面；

步骤三：射流顶部和工件表面之间的电场强度周期性地在最大值到最小值之间变化；

步骤四：用空气对悬浮液进行曝气之后，浸没射流在带负电荷的电极通道中由悬浮液形成。

作为本发明的一种优选方案，当电极间隙的悬浮液温度达到60℃时，将浸没射流顶部和待处理表面之间的电场强度从最大值调整到最小值。

作为本发明的一种优选方案，浸没射流顶部和待处理表面之间的电场强度变化范围1×10⁵～1×10⁷V/m，高压导通时间比低压导通时间长5～10倍。

作为本发明的一种优选方案，在电极通道中形成浸没射流的时间足以让带正电的离子重新结合、使组成悬浮液的固体夹杂物和气体具有负电荷，该时间不低于0.3s。

作为本发明的一种优选方案，使用空气对悬浮液进行曝气。

作为本发明的一种优选方案，通过调节电极通道中电解液的流速和消耗量，可以控制浸没射流顶部的电荷量和电解液的温度。

用于微弧氧化的设备，包括用于制造膜层的工艺容器—电解槽、部件支架和带有悬浮液贯通通道的电极，部件支架包括用于固定样品的第一固定装置和第二固定装置；样品浸入电解槽中，电解槽外安装有外壳，电解槽底部连接第一管道的一端，第一管道上连接流量计和阀门，第一管道的另一端连接泵，泵位于悬浮液箱内，电解液从电解槽上下部的第一通道中排出，第一通道的轴向方向指向工件表面，悬浮液的排出孔位于容器—电解槽的上下部。

作为本发明的一种优选方案，所述悬浮液箱的底部侧壁连接有气路系统，气路系统连接压缩机。

作为本发明的一种优选方案，在电解槽下部开有可调节悬浮液高低的排放孔。

作为本发明的一种优选方案，所述悬浮液箱中置有带孔的第二管道，用于供给冷空气。

作为本发明的一种优选方案，电解槽中置有悬浮液的温度传感器，接入电场强度控制电路。

本发明的有益效果是：

1.本发明结构简单，设计巧妙，以最小的电能消耗获得高质量膜层、减少电能损耗、提高生产效率。

2.附加控制系统可用于大规模和批量生产条件下形成膜层的自动化系统。

附图说明

图1是本发明用于微弧氧化的示意图。

图2是本发明用于电弧氧化的设备照片。

图3是本发明的A5052铝合金表面微弧氧化层的磨片。

图4是本发明的A5052铝合金表面氧化层的图片：a、b)微弧模式下；c、d)电弧模式下。

图5是本发明对A5052铝合金表面在电弧模式下获得氧化层的相分析。

图6是本发明在A5252铝合金表面上以微/电弧模式获得氧化层的硬度测量结果。

附图说明：通风柜1，排气系统2，第一固定装置3，第二固定装置4，工件5，电解槽6，电极7，外壳8，第一管道9，流量计10，阀门11，泵12，悬浮液箱13，压缩机14，气路系统15，第一通道16，第二通道17，轴18，第一圆盘19，第二圆盘20，池21，第二管道22。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，能够以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1是本发明用于微弧氧化的示意图；图2展示本发明以电弧模式实施氧化的设备照片。照片显示了产品加工过程中等离子放电的亮光。

具体的，用于微弧氧化的设备，包括用于沉积膜层的容器—电解槽、部件支架和带有悬浮液贯通通道的电极7，部件支架包括用于固定工件5的第一固定装置3和第二固定装置4；工件5浸入电解槽6中，电解槽6外安装有外壳8，电解槽6底部连接有第一管道9的一端，第一管道9上连接流量计10和阀门11，第一管道9的另一端连接泵12，泵12位于悬浮液箱13内，从电解槽6排出电解液是通过位于下部的第一通道16进行的，第一通道16的轴向方向指向工件5的表面，悬浮液的排出孔位于容器—电解槽6的下部和上部，孔径大小可变。

用于微弧氧化的设备，在电解槽下部开有可调节悬浮液高低的排出孔；悬浮液箱中置有带孔的管道，用于供给冷空气；设备的容器—电解槽中置有悬浮液的温度传感器，接入电场强度控制电路。

用于微弧氧化的设备(图1)包括：带有排气系统2的通风柜1，用于固定工件的第一固定装置3，第二固定装置4，工件5，工件5浸入电解槽6中，电解槽6包含由导电材料制成的电极7，外壳8，第一管道9，通过该第一管道9供给电解液。电解液的消耗量由流量计10显示、由阀门11调节，电解液由泵12从悬浮液箱13供给。电解液的曝气是借助压缩机14通过特殊的气体系统15用空气进行的。从电解槽排出电解液是通过位于下部的第一通道16进行的。电解液通过第二通道17供给，电解液从电解槽排出的控制是通过围绕轴18的第一圆盘19和第二圆盘20的转动来实现的，圆盘具有相应放置的通道。电解槽安装在池21中，电解液从该池中排出，通过第二管道22进入箱中。

设备按以下程序工作：将工件5放置在电解槽6中，使得产品表面之间和电极之间的间隙相等。借助用于固定产品的第一固定装置3，第二固定装置4为工件5提供电势(第二固定装置4为支撑杆，第一固定装置3为支架，支撑杆固定在支架上)。来自悬浮液箱13的电解液由泵12供给，并借助阀门11和流量计10控制电解液通过第一管道9和第二通道17的流量。电解液的供给与排出是在产品氧化面积平稳增加的情况下进行，在电解液加热不超过临界温度和急剧增加电流的情况下，氧化面积增加。电解液液位的平稳增加可确保整个产品逐渐浸入电解液中。这确保了该技术所需的电解液温度体系以及在工艺开始时没有高幅度电流波动的情况下实施该技术的可能性。

用于微弧氧化的方法，包括将工件待处理表面和电极浸入导电悬浮液、使它们之间有脉冲电流通过。在悬浮液中产生导电液体的浸没射流，其方向由电极指向被处理工件表面；射流顶部和产品表面之间的电场强度周期性地在最大值(形成线性放电特有的)到最小值(用于微弧工艺特有的)之间变化；用含氧气体对悬浮液进行曝气之后，在电极通道中，带负电荷的悬浮液形成浸没射流。

能够通过周期性地增加电压(300～600V)和降低电压(200～400V)来控制膜层的形成模式；当电极间间隙的悬浮液温度达到60℃时，专用控制系统降低电压，进行该技术的第二阶段—微弧氧化，即形成氧化物膜层。当切换到高电压时，膜层中的阴极斑点和浸没射流之间会形成线性放电，这些放电熔化部分膜层并在膜层中形成新的缺陷，浸没射流端部和被处理工件表面之间的电场强度从最大值(通常用于形成线性放电)到最小值(通常用于形成微弧过程)变化，为了减少极间间隙并控制氧化强度，安装了无源电极(无源电极与氧化表面之间的间隙设置为10～50mm)，通过浸入产品表面和电极之间的电解液将其连接到电路。

浸没射流端部和被处理工件表面之间的电场强度变化范围为1×10⁵～1×10⁷V/m，高压导通时间比低压导通时间长5～10倍。

在电极通道中形成浸没射流的时间足以让带正电的离子重新结合，使组成悬浮液的固体和气体夹杂物具有负电荷。悬浮液用空气曝气并将其冷却至20～30℃，该时间不低于0.3s。

使用空气对悬浮液进行曝气；通过调节电极通道中电解液的速度和消耗量，可以控制浸没射流顶部的电荷量和电解液的温度。

其中，图3是A5052铝合金表面微弧氧化层的磨片。膜层具有孔隙率低、结构致密、与铝基体结合紧密等特点。。

图4是A5052铝合金表面氧化层形貌图片：a、b)微弧模式下；c、d)电弧模式下。在微弧模式中获得的表面粗糙度低，有开放的孔隙，这为后续的电击穿和氧化步骤提供了条件。电弧模式下表面层熔化并形成许多开放的孔隙，这提高了氧化物层的形成效率。

图5是对A5052铝合金表面在电弧模式下获得的氧化层的相分析。分析表明，膜层包含α-Al₂O₃、γ-Al₂O₃和mulite-一种属于硅酸盐类的矿物，其化学成分从Al₆Si₂O₁₃到Al₄SiO₈(即从3Al₂O₃·2SiO₂到2Al₂O₃·SiO₂)。

图6是A5252铝合金表面以微/电弧模式获得氧化层的硬度测量结果。显示涂层致密度高，其硬度高达Hv1300MPa。

该方法和设备的有效性检验是在A5252铝合金样品上进行的，样品尺寸规格50×50×50mm，放置在电解槽中。电解槽的直径为100mm。电解液悬浮液的各材料配比如下所示：蒸馏水(Н₂О)—100L；氢氧化钠溶液(NaOH)—300g(浓度3g/L)；酸式焦磷酸钠(Na₄P₂O₇)—500g(浓度5g/L)；硅酸钠(Na₂SiO₃)—1.5kg(浓度15g/L)；氧化铝(Al₂O₃)粉末悬浮液(浓度40g/L)和甘油(浓度10g/L)。用于表面氧化的设备如上所述。电极之间的间隙设置为25mm。电流高压设置在300～600V范围内，低压在200～400V范围内。

实施例1：该实施例是在浸没射流的总横截面与氧化表面面积之比为10的情况下进行的。浸没射流由电解液悬浮液+粉末在用空气流曝气之后，在带负电荷的电极通道中形成。首先，在电能转换器上设置200V的电势，样品处理时间30s，表面形成的氧化层厚度不超过15μm。然后，每5s周期性连接到300V的高电压，处理过程为120s。在此期间，在表面上获得了不超过30μm的层。之后每5s周期性将电位从250V切换到350V进行处理，进行200s并获得40μm厚的膜层。下一阶段是通过切换电压进行的—降低电压300V，升高电压400V。在升高电压时，放电功率密度50～80W/cm²；相应地，在降低电压时，放电功率密度2～5W/cm²。

当电解液悬浮液的温度达到60℃时，从升高电压切换到降低电压。最终，经过30min的处理，样品上形成了厚度不超过130μm的氧化层，最大电压可达450V。

实施例2：该实施例是在浸没射流的总横截面与氧化表面的比率为5的情况下进行的，其余工艺参数同示例1。处理30min后，样品上形成了厚度不超过90μm的氧化层，明显低于示例1中的处理结果。

实施例3：该实施例是在浸没射流的总横截面与氧化表面面积之比为5的情况下进行的，其余工艺参数同示例1。处理30min后，样品上形成了厚度不超过130μm的氧化层，与示例1中处理结果相同。

实施例4：该实施例以示例3的工艺模式进行，改变以下条件：当电解液悬浮液的温度达到50℃时，从升高电势切换到降低电势。处理进行30min。结果分析表明，涂层的粗糙度在Rz 6.3μm范围内，膜层厚度达到130μm。

实施例5：该实施例以示例3的工艺模式进行，改变以下条件：当电解液悬浮液的温度达到40℃时，从升高电势切换到降低电势。处理进行30min。结果分析表明，涂层的粗糙度在Rz 5μm范围内，膜层厚度达到120μm。

实施例6：该实施例以示例3的工艺模式进行，改变以下条件：当电解液悬浮液的温度达到70℃时，从升高电势切换到降低电势。处理进行30min。结果分析表明，涂层的粗糙度在Rz14.5μm范围内，膜层厚度达到130μm。

对实施例4-6的涂层形成结果的分析表明，切换电场强度的最佳温度为60度。高于或低于此温度会降低膜层的性能或增加粗糙度。

实施例7：该实施例是在浸没射流的总横截面与氧化表面的比率为5的情况下进行的，其余工艺参数与实施例1相同。升高电压和降低电压的时间比率在1～15倍的范围内变化。测量结果表明，随着升高高压时间的增加，膜层的粗糙度降低，但生产率也随之降低。最佳间隔时间是在降低电压接通时间比升高电压接通时间长10倍。处理30min后，样品上形成了厚度不超过130μm、粗糙度不超过Rz 3.4μm的氧化层。随着接通高压间隔时间的增加，氧化层形成的生产率会降低。

实施例8：该实施例是在浸没射流的总横截面与氧化表面面积之比为5的情况下进行的，其余工艺参数与实施例1相同。通过在0.1～0.8m³/h的范围内改变经过电解槽的电解液的消耗量，来改变浸没射流在电极通道中的形成时间。根据计算，这使得电解液在电极通道中的停留时间范围变为0.3～1.5s。

实验结果表明，随着电解液在电极通道中停留时间的增加，形成膜层的生产率增加。0.5s足以让带正电的离子重新结合、使组成悬浮液的固体和气体夹杂物具有负电荷。时间的进一步增加几乎不会提高生产率。

对比分析表明，本发明的重要特征处于最佳处理模式时，形成膜层的生产率比原型方法高1.5～2倍。此外，本发明中描述的重要特征的实施确保了涂层的低粗糙度和更高致密度。

使用本设备的基本功能并通过附加控制系统，可以在大规模和批量生产条件下形成膜层的自动化系统。

本方法的最佳实施方案是在电解槽中实现的，该电解槽包含电解液-粉末混合物(悬浮液)。在电解槽中形成浸没射流，其方向由电极指向被处理工件表面。浸没射流顶部和产品表面之间的电场强度周期性地从最大值(形成线性放电特有的)到最小值(用于微弧工艺特有的)变化。

当悬浮液温度达到60℃时，通过将电压从最大值变为最小值来确保反应器内的最佳温度。通过在带负电的电极通道中形成浸没射流，可以确保减少电力损失并提高处理效率。

该技术的有效性取决于放电的载流子的数量。为了增加带负电的载流子的数量，对电解液进行曝气，并将微小的非导电粒子引入电解液中。这些粒子吸附在气泡上并在电极通道中获得负电荷。通道中带正电的粒子获得额外的电子并重新充电。

带电粒子向氧化表面的传输是通过电解液(悬浮液)的浸没射流进行的。电解槽底部的悬浮液排出口提供了确保悬浮液的大消耗量和控制产品浸入悬浮液的速度。

浸没射流顶部的振荡过程改变了蒸汽—气体层的厚度，相应的电场强度变化范围在10⁵～10⁷V/m。由于形成高电场强度的周期性，在气体层中浸没射流顶部形成带有扩散连接的、在产品阴极斑点中带有点连接的线性放电。

所提方法的特点是在带负电的电极通道中悬浮液以低速通过时的高消耗量。这确保了带正电的粒子和离子的重组，使组成悬浮液的固体夹杂物和气体具有负电荷。为了产生所需量的带电元件，将固体和气体分散粒子引入电解液中。通过悬浮液的曝气提供所需的气体粒子。电解液通过冰箱冷却至20～30℃的温度。

为了证明该方法的最佳方案，制造的设备包含用于沉积膜层的工艺容器、部件支架和带有电极的电解槽，该电解槽带有悬浮液的贯通通道。

通道的轴向方向指向零件的表面。为了控制电解液悬浮液的消耗量，在电解槽下部开有可调节横截面的排出孔。

电解液悬浮液中的浸没射流接通阳极和产品表面之间的电路。电流沿浸没射流通过，因为浸没射流具有高导电性。在产品表面和浸没射流顶部之间的边界处，形成薄的蒸汽层，该层周期性地被放电击穿。通过放电进行的表面加热强度可通过电场强度和时间进行调节。电场强度的降低使处理模式从放电(模式)变为微弧(模式)。设备带有一个电流电压的转换系统，这取决于电解液中的温度或时间继电器的命令。

实验结果表明，随着电解液在电极通道中停留时间的增加，形成膜层的生产率增加。0.5s足以让带正电的离子重新结合、使组成悬浮液的固体和气体夹杂物具有负电荷。时间的进一步增加几乎不会提高生产率。

对比分析表明，本发明的重要特征处于最佳处理模式时，形成膜层的生产率比原型方法高1.5～2倍。此外，本发明中描述的重要特征的实施确保了膜层的低粗糙度和高致密度。使用设备的基本功能并通过附加控制系统可以在大规模和批量生产条件下形成膜层的自动化系统。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现；因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

尽管本文较多地使用了图中附图标记：通风柜1，排气系统2，第一固定装置3，第二固定装置4，工件5，电解槽6，电极7，外壳8，第一管道9，流量计10，阀门11，泵12，悬浮液箱13，压缩机14，气体系统15，第一通道16，第二通道17，轴18，第一圆盘19，第二圆盘20，池21，第二管道22等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种微弧氧化方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：将工件的待处理表面和电极浸入导电悬浮液中，使它们之间有电流脉冲通过；

步骤二：在悬浮液中产生导电浸没射流，其方向由电极指向待处理表面；

步骤三：射流顶部和工件表面之间的电场强度周期性地在最大值到最小值之间变化；

步骤四：用含氧气体对悬浮液进行曝气之后，浸没射流在带负电荷的电极通道中由悬浮液形成。

2.根据权利要求1所述的一种微弧氧化方法，其特征在于：当电极间隙的悬浮液温度达到60℃时，浸没射流顶部和待处理表面之间的电场强度从最大值变化到最小值。

3.根据权利要求1所述的一种微弧氧化方法，其特征在于：浸没射流顶部和待处理表面之间的电场强度变化范围1×10⁵～1×10⁷V/m，高压导通时间比低压导通时间长5-10倍。

4.根据权利要求1所述的一种微弧氧化方法，其特征在于：在电极通道中形成浸没射流的时间足以让带正电的离子重新结合、使组成悬浮液的固体夹杂物和气体具有负电荷，该时间不低于0.3s。

5.根据权利要求1所述的一种微弧氧化方法，其特征在于：使用空气对悬浮液进行曝气。

6.根据权利要求1所述的一种微弧氧化方法，其特征在于：通过调节电极通道中电解液的流速和消耗量，可以控制浸没射流顶部的电荷量和电解液的温度。

7.一种微弧氧化的设备，包括用于沉积膜层的工艺容器—电解槽(6)、部件支架和带有悬浮液贯通通道的电极(7)，其特征在于：部件支架包括用于固定工件(5)的第一固定装置(3)和第二固定装置(4)；工件(5)浸入电解槽(6)中，电解槽(6)外安装有外壳(8)，电解槽(6)底部连接有第一管道(9)的一端，第一管道(9)上连接流量计(10)和阀门(11)，第一管道(9)的另一端连接泵(12)，泵(12)位于悬浮液箱(13)内，从电解槽(6)排出电解液是通过位于下部的第一通道(16)进行的，第一通道(16)的轴(18)指向工件(5)的表面，悬浮液的排出孔位于容器-电解槽(6)的下部和上部。

8.根据权利要求6所述的一种微弧氧化的设备，其特征在于：所述悬浮液箱(13)的底部侧壁连接有气体系统(15)，气体系统(15)连接压缩机(14)；在电解槽(6)下部开有可调节横截面的悬浮液排出孔。

9.根据权利要求7所述的一种微弧氧化的设备，其特征在于：所述悬浮液箱(13)中置有带孔的第二管道(22)，用于供给冷空气。

10.根据权利要求6所述的一种微弧氧化的设备，其特征在于：电解槽(6)中置有悬浮液的温度传感器，接入电场强度控制电路。

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