一种冷板风道内部微弧氧化的方法与流程

1.本发明涉及冷板表面工程技术领域，具体涉及一种冷板风道内部微弧氧化的方法。


背景技术：

2.当前，电子装备在高温、高湿、高盐和多霉菌等高腐蚀环境中长期使用，面临着严重的材料腐蚀问题，而冷板作为关键结构件，其关键风冷防护区域的防腐蚀问题成为制约产品长期高可靠使用的瓶颈之一。相比传统阳极氧化膜，微弧氧化膜具有较高的硬度、良好的耐腐蚀、耐磨、耐热冲击等性能，在恶劣环境中具有较好环境适应性，在铝合金等金属表面开始逐步应用。如公开号为cn101503812a的专利公开微弧氧化方法，可对较大零件进行微弧氧化处理。然而，常见零件的微弧氧化膜基本位于常规零件的外表面，表面积较小，且氧化过程无需专用工装，单一的电源激励模式就可制备满足要求的微弧氧化膜。
3.为了保证散热通道的内表面在强盐雾环境下的可靠的工作，冷板风道必须设置为微弧氧化膜，才可满足相应的耐环境腐蚀要求与高可靠性。冷板需进行微弧氧化处理的区域存在以下特点：一是，总处理面积较大，需微弧氧化处理的多个风冷通道面积之和已超过1m2，此时，零件微弧氧化区域产生的热量较大，电力线的分布不均匀，对微弧氧化膜层致密度的控制极为不利，且易导致零件边缘位置的烧蚀。二是，需进行微弧氧化处理的结构为典型的超窄间隙，槽道狭缝宽度低于10mm，风道内微弧氧化的电力线分布与正常状态下存在根本性差异，随着微等离子体放电过程中超窄间隙微距电场分布的线性关系所引起的电力线分布不均匀问题，极大的影响了陶瓷涂层的质量。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题在于冷板需进行微弧氧化处理时风道内间隙超窄，处理面积大，易影响微弧氧化膜的质量，提供一种适用于冷板风道内部微弧氧化的方法。
5.本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题：
6.一种冷板风道内部微弧氧化的方法，包括以下步骤：
7.(1)将冷板清洗去油，然后在非微弧氧化区域喷涂可剥漆；
8.(2)将冷板置于微弧氧化工装上，进行微弧氧化，所述微弧氧化工装包括电解池、电源和辅助阴极；所述冷板浸入装有电解液的电解池内，所述辅助阴极贯穿冷板的风道，所述辅助阴极的四周与风道侧壁之间设有间隙，所述电源的阳极与冷板电性连接，所述电源阴极与辅助阴极电性连接；
9.(3)调节电源参数：第一阶段：正向三角波，电压300
‑
500v，频率50
‑
100hz，氧化时间1
‑
2min；第二阶段：(a)正向脉冲，电压300v
‑
500v，频率200
‑
500hz，氧化时间20
‑
40min，微弧氧化溶液温度15℃
‑
25℃；(b)负向脉冲，电压120v
‑
140v，频率100
‑
300hz，氧化时间10
‑
20min，微弧氧化溶液温度15
‑
40℃；
10.(4)微弧氧化结束后，去除步骤(2)中的可剥漆，将氧化后的冷板进行清洗。
11.有益效果：本发明针对冷板风道的超窄间隙构型特性，采用双极性多波叠加脉冲控制，包括两个过程，具体是微等离子体放电初始阶段的三角波模式及第二阶段的脉冲模式相结合的混合控制方式。
12.在微等离子体放电第一阶段，在单周期内，由于三角波电压沿抛物线规律上升，上升时域远高于脉冲电压施加时域，避免了幅值电压瞬间施加在溶液电阻上，从而有效减缓了主尖峰电流的冲击。此外，在冷板风道表面初始阶段制备的疏松多孔陶瓷涂层，可以引入压应力，以抵消(或部分抵消)后续涂层微等离子体放电制备过程中所产生的拉应力。
13.在微等离子体放电第二阶段，基于正负脉冲协同作用，抑制局部区域等离子体喷发，保障初始以及再生长陶瓷涂层孔洞内实现高温高压，电解液介质介电常数大幅度降低，从而使得在较致密的微区，脉冲电压响应可加快，容易形成等离子体孔洞内击穿放电，从而实现致密化。
14.采用本发明中的微弧氧化工装不仅解决了超窄间隙电力线屏蔽问题，有效确保了超窄间隙内的电场分布高均匀性，而且能够提高微弧氧化膜层质量均匀性等，从而确保产品微弧氧化质量满足应用需求。
15.按照所述方法制备的微弧氧化膜层，具有耐至少192h的酸性盐雾能力，远超普通微弧氧化膜层96h的耐盐雾腐蚀能力。
16.优选地，所述微弧氧化工装还包括辅助装置，所述辅助装置分别与辅助阴极的两端连接，用以固定辅助阴极，致使辅助阴极的四周与狭窄通道侧壁之间留有间隙。
17.有益效果：本发明通过设置辅助装置固定辅助阴极，使辅助阴极与冷板风道内壁之间无接触，确保冷板维护氧化过程中无烧蚀。
18.优选地，所述间隙的宽度为1
‑
5mm。
19.优选地，所述间隙的宽度为1
‑
3mm。
20.优选地，所述冷板材料为铝合金。
21.优选地，所述微弧氧化工装材料均为不锈钢。
22.优选地，所述微弧氧化工装还包括底板和固定板，所述底板和固定板之间设有固定柱，所述底板顶壁和固定板底壁之间设有压合冷板的空间。
23.优选地，所述固定板包括第一固定板和第二固定板，所述第一固定板和第二固定板相对设置。
24.优选地，所述辅助装置包括第一辅助装置，所述第一辅助装置包括第一定位板和第一滑块，沿所述第一定位板轴线方向设有滑槽，所述第一滑块通过滑槽与第一定位板滑动连接，所述辅助阴极的一端与第一滑块可拆卸连接；
25.所述第一滑块上设有第一螺纹孔，所述第一螺纹孔内设有第一定位柱，所述第一定位柱用以将第一滑块固定在滑槽上。
26.优选地，所述第一滑块靠近辅助阴极的端部设有第一连接板，所述第一连接板的一端与第一滑块连接，所述第一连接板的另一端与辅助阴极的端部可拆卸连接。
27.优选地，所述辅助装置还包括第二辅助装置，所述第一辅助装置和第二辅助装置分别位于辅助阴极的两端；
28.所述第二辅助装置包括第二定位板和第二滑块，沿所述第二定位板轴线方向设有滑槽，所述第二滑块与滑槽滑动连接，所述辅助阴极的一端与第二滑块可拆卸连接；
29.所述第二滑块上设有第二螺纹孔，所述第二螺纹孔内设有第二定位柱，所述第二定位柱用以将第二滑块固定在滑槽上。
30.优选地，所述第二滑块靠近辅助阴极的端部设有第二连接板，所述第二连接板的一端与第二滑块连接，所述第二连接板的另一端与辅助阴极的端部可拆卸连接。
31.优选地，所述步骤(1)中的清洗包括以下步骤：采用3％～5％的纯碱水溶液，温度加热到60～80℃，然后在hno3(浓度30％) hf(浓度5％)溶液中亮化，最后在热水中清洗。
32.优选地，所述步骤(2)中的电解液包括硅酸钠5
‑
10g/l，钨酸钠5
‑
10g/l，氢氧化钾1
‑
2g/l，氟化钾1
‑
2g/l，其余为等离子水。
33.优选地，所述步骤(4)将氧化后的冷板放入沸水中煮洗5
‑
10min，在流动的冷却水中冲洗，冷却。
34.优选地，微弧氧化结束后，氧化后的冷板风道内形成的微弧氧化膜层的厚度为20
‑
60μm。
35.优选地，所述辅助阴极为不锈钢板。
36.本发明的优点在于：本发明针对冷板的超窄间隙构型特性，采用双极性多波叠加脉冲控制，包括两个过程，具体是微等离子体放电初始阶段的三角波模式及第二阶段的脉冲模式相结合的混合控制方式。
37.在微等离子体放电第一阶段，在单周期内，由于三角波电压沿抛物线规律上升，上升时域远高于脉冲电压施加时域，避免了幅值电压瞬间施加在溶液电阻上，从而有效减缓了主尖峰电流的冲击。此外，在冷板风道表面初始阶段制备的疏松多孔陶瓷涂层，可以引入压应力，以抵消(或部分抵消)后续涂层微等离子体放电制备过程中所产生的拉应力。
38.在微等离子体放电第二阶段，基于正负脉冲协同作用，抑制局部区域等离子体喷发，保障初始以及再生长陶瓷涂层孔洞内实现高温高压，电解液介质介电常数大幅度降低，从而使得在较致密的微区，脉冲电压响应可加快，容易形成等离子体孔洞内击穿放电，从而实现致密化。
39.采用本发明中的微弧氧化工装不仅解决了超窄间隙电力线屏蔽问题，有效确保了超窄间隙内的电场分布高均匀性，而且能够提高微弧氧化膜层质量均匀性等，从而确保产品微弧氧化质量满足应用需求。
40.按照所述方法制备的微弧氧化膜层，具有耐至少192h的酸性盐雾能力，远超普通微弧氧化膜层96h的耐盐雾腐蚀能力。
附图说明
41.图1为本发明实施例1中微弧氧化工装的结构示意图；
42.图2为本发明实施例1微弧氧化工装中冷板、底板和固定板的立体结构示意图；
43.图3为本发明实施例1中辅助装置的结构示意图；
44.图4为本发明实施例1中第一辅助装置的结构示意图；
45.图5为本发明实施例1中第二辅助装置的结构示意图；
46.图中：电解池1；电源2；辅助阴极3；底板4；固定板5；固定柱6；金属线7；辅助装置8；第一定位板81；第一滑块82；第一连接板83；第一定位柱84；第二定位板85；第二滑块86；第二连接板87；第二定位柱88；限位块89；冷板9；风道91。
具体实施方式
47.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中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他实施例，都属于本发明保护的范围。
48.下述实施例中所用的试验材料和试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
49.实施例中未注明具体技术或条件者，均可以按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
50.实施例1
51.本发明采用的微弧氧化工装，如图1
‑
图5所示，包括电解池1、电源2、辅助阴极3、底板4、固定板5和辅助装置8。
52.如图1所示，电解池1内装有电解液，电解池1的形状根据实际需要设置。整个工装及冷板9全部没入电解液中，冷板9的材质为铝合金但不仅限于铝合金。
53.如图1和图2所示，底板4顶壁和固定板5底壁之间设有压合冷板9的空间，为固定底板4和固定板5，底板4和固定板5之间设有固定柱6，本实施例中固定柱6为螺栓或螺钉。顶板和固定板5用来固定冷板9，在使用时，先将冷板9放置在底板4顶壁，然后将固定板5放置在冷板9顶壁，然后装入螺栓或螺钉，通过螺栓或螺钉将冷板9固定在底板4和固定板5之间。底板4的个数根据实际需要设置，本实施例中为1个。
54.本实施例中辅助阴极3为不锈钢板，不锈钢板贯穿冷板9的风道91，不锈钢板的尺寸根据冷板9风冷通道的宽度设置，不锈钢板的个数根据冷板9通道的个数设置，不锈钢板四周与风道91侧壁之间的垂直距离为1
‑
5mm。
55.辅助装置8包括第一辅助装置，第一辅助装置包括第一定位板81、第一滑块82和第一连接板83，第一定位板81沿其轴线方向开设滑槽，滑槽(图未示)为燕尾槽，第一滑块82通过滑槽与第一定位板81滑动连接，第一连接板83的一端与第一滑块82的一端固定连接，其固定连接方式为现有技术，第一连接板83的另一端通过螺钉或螺栓与不锈钢板的一端可拆卸连接。
56.如图3和4所示，第一滑块82上开设第一螺纹孔，第一螺纹孔内设置第一定位柱84，本实施例中第一定位柱84为螺钉，当第一滑块82滑动至合适位置时，通过螺钉实现第一滑块82和第一定位板81相对位置的固定。第一滑块82、第一定位柱84、第一连接板83的个数根据辅助阴极3的个数设置。
57.辅助装置还包括第二辅助装置，第二辅助装置和第一辅助装置分别位于辅助阴极3的两端；第二辅助装置包括第二定位板85、第二滑块86和第二连接板87，第二定位板85沿其轴线方向开设滑槽，滑槽为燕尾槽，第二滑块86通过滑槽与第二定位板85滑动连接，第二连接板87的一端与第二滑块86的一端固定连接，其固定连接方式为现有技术，第二连接板87的另一端通过螺钉或螺栓与不锈钢板的另一端可拆卸连接。
58.如图3和图5所示，第二滑块86上开设第二螺纹孔，第二螺纹孔内设置第二定位柱88，本实施例中第二定位柱88为螺钉，当第二滑块86滑动至合适位置时，通过螺钉实现第二滑块86和第二定位板85相对位置的固定。第二滑块86、第二定位柱88、第二连接板87的个数根据辅助阴极3的个数设置。
59.为进一步限制冷板9的移动，第一定位板81顶壁还固定安装限位块89，限位块89的具体位置根据实际需要设置。
60.电源2为微弧氧化电源2，微弧氧化电源2的阴极通过金属线7辅助阴极3与连接，微弧氧化电源2的阳极通过导线与冷板9上的导电部件连接，其中导电部件可以为冷板9上的螺钉。
61.采用电阻表对零件与工装之间的电阻进行测量，当电阻值为mω级表明辅助阴极3与冷板9风道91内壁无接触，确保冷板9维护氧化过程中无烧蚀。整个工装及冷板9全部没入电解液中。
62.工作原理：使用时，先将冷板9放置在底板4顶壁，然后将固定板5放置在冷板9顶壁，然后装入螺栓或螺钉，通过螺栓或螺钉将冷板9固定在底板4和固定板5之间。
63.将辅助阴极3的一端通过螺栓固定在第一连接板83上，根据冷板9风道91位置，调整第一滑块82相对于第一定位板81的位置，调整第二滑块86相对于第二定位板85的位置，然后将辅助阴极3的一端插入冷板9风道91，使辅助阴极3的侧壁与冷板9风道91之间留有间隙，然后通过第二连接板87将辅助阴极3的另一端固定。
64.采用电阻表对零件与工装之间的电阻进行测量，当电阻值为mω级表明辅助阴极3与零件通风槽道内壁无接触，确保冷板9维护氧化过程中无烧蚀。整个工装上各零件均使不锈钢加工，可重复使用。将辅助阴极3及冷板9分别接入微弧氧化电源2。
65.实施例2
66.某铝合金冷板零件具有33个长10mm宽5mm深200mm的锯齿形凹槽，属于典型的大面积超窄间隙微弧氧化膜层制备，采用传统微弧氧化工艺难以制备均匀稳定的氧化膜层。采用实施例1中的微弧氧化工装进行微弧氧化，具体包括以下步骤：
67.(1)清洗
68.采用3％的纯碱水溶液，温度加热到60℃，然后在hno3(质量浓度30％) hf(质量浓度5％)溶液中亮化，最后在热水中清洗，在烘箱中烘干待用。仔细检查零件焊接面上是否有水渍，若有务必使用酒精或丙酮清理干净。
69.(2)局部保护
70.在非微弧氧化区域，喷涂可剥漆，室温固化。
71.(3)配制电解液
72.电解液溶液成分为：硅酸钠8g/l，钨酸钠7g/l，氢氧化钾1/l，氟化钾2g/l，其余为等离子水。
73.(4)将实施例1和本实施例中的冷板进行装配，将整个工装和冷板全部浸没入电解液中。
74.(5)调节电源2参数
75.第一阶段：正向三角波，电压400v，频率80hz，氧化时间2min；第二阶段：(a)、正向脉冲，电压400v，频率500hz，氧化时间30min，微弧氧化溶液温度20℃；(b)负向脉冲，电压130v，频率150hz，氧化时间10min，微弧氧化溶液温度30℃。
76.(6)去除可剥漆
77.在微弧氧化结束后，去除零件表面保护漆
78.(7)清洗
79.将氧化的冷板放入沸水中煮洗50～10分钟，在流动的冷却水中冲洗，冷却。
80.膜层性能检测
81.(1)选取多个采样点采用涡流测厚仪对微弧氧化膜层进行厚度检测，膜层厚度在20～60μm内。
82.(2)采用剥离强度为2n/cm～4n/cm的胶带，紧贴膜层中间区域，使胶带与贴膜表面呈90度，缓慢(约5mm/s)将胶带拉离表面，反复拉脱三次，经检测，膜层无脱落现象，表明膜层结合力足够良好。
83.(3)按照gjb150.9a《军用装备实验室环境试验方法》第11部分盐雾试验进行酸性盐雾试验。盐雾采用5
±
1％的nacl溶液(ph3.5
±
0.5)，单词循环周期48h(24h连续喷雾和24h干燥)，192h后进行目检，外观均匀，无粉化、脱落、点蚀等腐蚀现象。
84.实施例3
85.本实施例与实施例2的区别之处在于：
86.(1)电解液包括硅酸钠5g/l，钨酸钠5g/l，氢氧化钾1g/l，氟化钾1g/l，其余为等离子水。
87.(2)电源参数如下：第一阶段：正向三角波。电压320v，频率85hz，氧化时间1min；第二阶段：(a)正向脉冲，电压410v，频率220hz，氧化时间20min，微弧氧化溶液温度18c；(b)负向脉冲，电压126v，频率160hz，氧化时间15min，微弧氧化溶液温度20c。
88.采用实施例1中的微弧氧化工装，将与实施例2种相同的冷板零件置于电解液比微弧氧化，处理后，对冷板的氧化膜层按照gjb1509a进行酸性盐雾试验，192h后进行目检，外观均匀，无粉化、脱落、点蚀等腐蚀现象。
89.实施例4
90.本实施例与实施例2的区别之处在于：
91.(1)电解液包括硅酸钠10g/l，钨酸钠10g/l，氢氧化钾2g/l，氟化钾2g/l，其余为等离子水。
92.(2)电源参数如下：第一阶段:正向三角波。电压500v，频率50hz，氧化时间2min；第二阶段：(a)正向脉冲，电压500v，频率450hz，氧化时间38min,微弧氧化溶液温度20c；(b)负向脉冲，电压132v，频率230hz，氧化时间20min，微弧氧化溶液温度235c。
93.采用实施例1中的微弧氧化工装，将与实施例2种相同的冷板零件置于电解液中微弧氧化，处理后，对冷板的氧化膜层按照gjb150.9a进行酸性盐雾试验，192h后进行目检，外观均匀，无粉化、脱落、点蚀等腐蚀现象。
94.对比例1
95.采用实施例1中的微弧氧化工装，配制与实施例2相同的电解液，采用的冷板零件与实施例2相同，唯一区别是直接采用正负脉冲模式控制，不采用正向三角波控制，电源2参数如下：(a)、正向脉冲，电压400v，频率500hz，氧化时间30min，微弧氧化溶液温度20℃；(b)负向脉冲，电压130v，频率150hz，氧化时间10min，微弧氧化溶液温度30℃。
96.微弧氧化后，测试氧化膜层的耐腐蚀性能。按照gjb150.9a《军用装备实验室环境试验方法》第11部分盐雾试验进行酸性盐雾试验。盐雾采用5
±
1％的nacl溶液(ph3.5
±
0.5)，单词循环周期48h(24h连续喷雾和24h干燥)，在经历24h后，即发现较大面积腐蚀。指标远低于实施例1。原因在于出现幅值电压瞬间施加在溶液电阻的现象，引起尖峰电流的冲
击，导致局部电流击中及为等离子的局部尖端放电，微观膜层结构进一步恶化所致。
97.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。