铝合金微弧氧化电流密度的临界条件研究

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1、铝合金微弧氧化电流密度的临界条件研究1,211钟涛生,蒋百灵,李均明(1.西安理工大学材料学院,陕西西安710048;2.江西理工大学应用科学学院,江西赣州341000)[摘要]为了改进微弧氧化能耗高、处理效率低的问题,以6061变形铝合金为试验材料,2%磷酸盐溶液为导电介质,在25e下,利用MAO200/750微弧氧化设备对微弧氧化的电流密度和起弧时间、起弧电压和试样面积、起弧电压与占空比以及起弧时间与占空比等之间的关系进行了研究。结2果表明:本工艺条件下,铝合金微弧氧化的临界电流密度为012A/dm;起弧电压随试样面积的增加而呈正比增加;起弧时间随着占空比的减小而缩短;占空比越

2、小,起弧电压越高。[关键词]微弧氧化;铝合金;起弧时间;起弧电压;临界起弧电流密度[中图分类号]TG174.451[文献标识码]A[文章编号]1001-1560(2005)08-0016-030引言2试验结果微弧氧化作为既不消耗阴极材料又不消耗溶2.1起弧电流密度与起弧时间液中溶质元素的清洁表面处理工艺,其生成物的陶瓷质属性可大幅度提高铝、镁合金表面的耐磨、耐采用自动模式,在占空比为5%、温度为30e2蚀、绝缘和抗高温氧化等性能,延长零件的使用寿的条件下,分别以012,014,016A/dm的试验电流[1,2]密度,用50dm2的试样进行初始试验,3种电流密命,20世纪90年代初成

3、为国内研究的热点。由于受击穿电压理论影响,处理过程的电流密度均度条件下起弧时间分别为27min40s,4min18s2[3~6]在10A/dm以上,相对较高的能耗和较低的和2min4s。然后,将这3个时间设定为起弧时间2处理效率(300A输出仅可处理30dm的样品),使点,通过二分查找法找出其余各面积试样在这3个该技术难以在铝、镁合金制品处理行业中广泛应起弧时间点开始起弧的电流密度值,同时记下它们用。因此,有必要探讨微弧氧化所需电流密度的临在起弧瞬间的电压值。试验结果见表1。由表1界条件,为低能耗、高产出的微弧氧化装备研制提可以看出:(1)在同一起弧时间条件下不同面积试供理论与试验

4、支持。样的起弧电流密度基本相同。将起弧时间和起弧电流密度数据拟合成图1。由图1和表1可以看1试验材料及方法出:随着控制系统输出电流密度的增大,从通电至试验材料为1000mm@2000mm@1mm的起弧所需时间即起弧时间快速缩短;起弧电压随输变形铝合金6061板,将其分别裁成10,20,30,40,出电流的增加和处理试样表面积的增大而上升。250dm的试样。在2%磷酸盐溶液中于25e下,采表1起弧时间点的起弧电流密度和起弧电压用西安理工大学按能速d(IV)/dt理论研制的面积/dm21020304050MAO200/750微弧氧化设备输出的脉冲电流对试起弧电流/A2.04.05.97

5、.89.8样进行微弧氧化处理,设备可分别在自动和手动两27min40s起弧电压/V224263286319334种模式下通过控制电流、电压、占空比和时间等参起弧电流/A4.08.011.815.819.8数实现对能速和氧化时间的控制。4min18s起弧电压/V231294347377412[收稿日期]20050321起弧电流/A6.011.818.024.230.02min4s[基金项目]国家/8630基金资助(2002AA331120)起弧电压/V26334741146551116铝合金微弧氧化电流密度的临界条件研究样的起弧电流密度基本相同,这是因为起弧前非晶态氧化膜AlxOy

6、在试样表面均匀生长,单位面积上生长一层氧化膜的能耗相同,所以面积大小对临界起弧电流密度无影响。但起弧时间随着电流密度的减小呈指数规律快速延长(见图1),且当电流密2度小于012A/dm时,氧化很长一段时间未发现起弧现象(小电流密度氧化试验证明了这一点)。由此可将此电流密度定义为临界起弧电流密度,即在失稳前所形成的高阻抗阳极氧化膜所对应的电压图1起弧电流密度2起弧时间关系曲线作用下击穿此阳极氧化膜所需要的最小电流密度。2.2占空比与起弧时间同时,也可以得知在本工艺条件下,铝合金微弧氧22采用自动控制模式,在014A/dm、30e试验化起弧的临界电流密度为012A/dm。条件下,通过二

7、分查找法找出5%,10%和18%3由于微弧氧化火花放电总是在最薄弱区进行,种占空比时不同面积试样的起弧时间,同时记下各而具有相同特性、同时被击穿的薄弱区在整个试样[7]占空比条件下各面积试样在起弧瞬间的电压。将表面呈弥散均匀分布,所以同时进行的火花放这些试验结果拟合成起弧时间2面积关系曲线和起电点也在试样表面均匀分布,且其数量与试样表面弧电压2面积关系曲线(见图2和图3)。积有关,面积越大,点数越多,所需的能量也越多,在电流为控制参数的情况下,只有通过升高电压来弥补所