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金屬處理工藝——微弧氧化

發布日期:2018-03-21 作者: 點擊:

  常見的金屬處理工藝有金屬淬火、金屬氮化、金屬表面變形強化、金屬表面覆層強化、金屬磷化和金屬氧化等。目前微弧氧化陽極氧化就是金屬氧化處理中的兩種工藝。

  1.金屬淬火可謂是金屬處理工藝的開山鼻祖,它的歷史比金屬氧化要古老得多。大家在歷史劇中經常看到鐵匠打鐵的場景,當一把通紅的劍被鐵匠反復捶打成型后,會立即放入冷水里冷卻,伴隨著刺耳的“嗤嗤”聲,大量的水蒸氣蒸騰而出。這就是金屬的淬火過程,目的是大幅度提升金屬的硬度,缺點是脆性會增加。淬火在本質上屬于金屬處理工藝中的熱處理。

  2.金屬氮化其實是一系列氮化處理的統稱,包括滲碳、滲氮、碳氮共滲等具體工藝。金屬氮化處理的效果和金屬氧化差不多,但金屬氮化的主要目的是為了提升金屬的耐磨性,在其他方面則比不上金屬氧化。在本質上,金屬氮化屬于熱處理。

  3.表面變形強化是指利用外力使金屬發生變形或塑造金屬的模樣,如噴丸、滾壓等,這是一種純物理的金屬處理。

  4 .表面覆層強化就是我們見過非常多的金屬噴涂、電鍍等等工藝,是在金屬表面覆蓋上一層其他金屬或物質。這也是一種純物理的金屬處理。

  5 .金屬磷化處理也是一種熱處理,主要目的是為了提升金屬的抗腐蝕能力和提高油漆漆膜的附著力。

  6.微弧氧化和陽極氧化屬于金屬氧化處理,它們與其他金屬處理工藝的區別是在工藝中需要借助電流的作用,因此屬于電化學的范疇。

  微弧氧化(MAO)是一種在金屬表面原位生長陶瓷層的表面處理技術,該技術是利用等離子體化學和電化學原理,使材料表面產生微區弧光放電,在化學、電化學和等離子體的共同作用下,原位生長陶瓷層的新技術。微弧氧化電源是保證微弧氧化工藝的關鍵環節之一,其主要功能是在微弧氧化處理生產過程中,產生和控制具有脈沖電場以及過程參數的自動檢測和控制。

  別看金屬處理的工藝有這么多,但它們并不適用于所有金屬材料。有的金屬由于本身的化學特性,只能進行氧化或者氮化處理,例如磷只能和活潑金屬鈉或者鈣進行反應,所以一般的金屬很難進行磷化處理。而淬火和氮化處理大多是與鋼材相關的處理工藝。再加上效果和成本的考慮,不同的金屬只能選擇適合自己的處理工藝。在多種因素的作用下,氧化處理是大部分金屬適用并應用廣泛的金屬處理工藝。

從微觀看微弧氧化

  想要弄清楚微弧氧化的原理,首先讓我們先回顧一下陽極氧化的原理:把鋁及鋁合金放在對應的電解液中,在金屬表面上通過電流,從而在表面上形成一層氧化膜的過程。微弧氧化與陽極氧化的區別則在于通過的電流強度和形成的保護膜。

  簡單來說,微弧氧化是在普通陽極氧化的基礎上,通過高壓放電強化金屬制品(陽極)的氧化反應,Z終在鋁、鈦、鎂金屬及其合金的材料或制品上形成強化的陶瓷膜。

  實際上,微弧氧化(MAO)又叫做等離子體電解氧化(PEO)。這里面的等離子體是如何產生的呢?要解答這個問題,先讓我們從太空中尋找答案。

  宇宙中大部分發光的星球,其內部溫度和壓力都極高,這些星球的內部物質不可能呈現固態、液態或者氣態這三種常態,只會呈現出一種等離子態。當原子丟失或者增加電子的時候,原子就變成了離子。當溫度不斷的升高,氣體分子就會分裂成獨立的原子。再進一步升高溫度,連原子中的電子都會單獨“逃”出來,并自動完成了一次電離。這種過程如果一直持續下去,自由電子和離子的濃度會逐漸增加,物質會構成一種散亂無序的“混沌”狀態。當濃度達到一定量時,物質的本質就發生了根本性的變化,這時整個物質就處于物質的第四態:等離子態。

  等離子態的氧氣和電解質接觸會讓鋁制品產生微弧氧化的效果,但如何在人工環境中快速、劇烈地升溫,從而制造出等離子態的氧氣呢?答案是:一萬伏特的電擊!相當于閃電的瞬間電壓,這也是HTC One S手機外殼在微弧氧化時所采用的電壓。

  當一萬伏特的電流擊穿氧氣時,氣體會產生強烈的弧狀放電這一自然現象,并產生數千至上萬度的高溫。這一切的劇烈反應都發生在一小塊面積的鋁制品上,在那里,化學、電化學、等離子體氧化同時發揮著作用,Z終在鋁制品上形成一層非常復雜的黑色陶瓷層結晶。至此,微弧氧化就算完成了。只是由于過程太過復雜,至今沒有一個詳細的模型能夠全面描述陶瓷層的形成過程。


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