專利名稱：陽極化方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于對由鋁或鋁合金制成的工件進行陽極化的方 法以及執(zhí)行該方法的裝置。
背景技術(shù)：
通常，由鋁或鋁合金制成的部件(例如各種外部元件和結(jié)構(gòu)性元 件，包括內(nèi)燃機的活塞和氣缸、液壓-氣壓活塞和氣缸)都要進行陽極 化，以在該部件的表面上形成陽極化膜(防蝕鈍化鋁)，目的是提高耐 腐蝕、耐磨能力或者出于顏色的考慮。
進行陽極化處理時，主要采用直流陽極化處理，在這種處理中， 電解處理是通過在工件(陽極)浸入電解液的狀態(tài)下、在工件和陰極 之間施加直流電壓而完成的。在直流陽極化處理中，為了防止燃燒，
該處理通常在工件表面區(qū)域的電流接近約3A/dm2時進行。
在這種處理中，每單位時間形成的膜厚度(即，膜生長速度)通 常較低例如，膜生長速度對于膨脹材料或AC材料來說不高于1.0 jum/min,對于含有7.5%或更多Si的ADC材料來說不高于0.5 ja m/mm。因此，根據(jù)工件的數(shù)量，對于一個處理循環(huán)需要20至40分 鐘的時間。而且，由于含有的合金部件的影響，因而在膜中容易產(chǎn)生 缺陷，并在在缺陷部還出現(xiàn)了發(fā)生腐蝕的問題。
在日本專利文獻JP04-198497A中，除了電流控制之外，還通過采 用專用夾具的掩模以將電解液集中在工件的一部分中，從而實現(xiàn)強制 對流和強制冷卻，這樣，對于AC材料實現(xiàn)了 13|am/mm的膜生長速 度，同時限制了膜的燃燒和熔化。然而，很難將這種技術(shù)應用到大的 部件以及形狀復雜的部件上。
對于上述的直流陽極化處理，已經(jīng)嘗試通過將交流電壓或者直流 和交流疊加的電壓施加到工件和陰極之間來進行陽極化(參考日本專利文獻JP06-167243A、 JP57-169099A、 JP49-023978D023978B以及 JP62-253797A )。所有上述出版物都僅描述了位于商業(yè)頻率級別的實 例。在這種低頻區(qū)域內(nèi)的陽極化處理中，電流密度較低，并且沒有顯 著地提高處理速度和處理品質(zhì)。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了 一種處理方法，該方法用于快速形成高品質(zhì)的陽 極化膜，而不受合金部件的影響，這是通過交替地重復施加周期非常 短的正電壓及去除電荷實現(xiàn)的，如日本專利文獻JP2006-83467A中所 述。在這種方法中，因為電荷去除導致升溫受到抑制，因此，膜生長 速度對于AC材料達到7.5 ji m/min，對于含有7.5%或更多Si的ADC 材料達到4 ju m/min或更高，對于鑄造表面達到2 ju m/min或更高，并 且減少了膜中的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
如上所述，在陽^l化處理中，交替地重復利用高頻^^沖電壓施加
點。然而，在實際處理過程中，當同時處理許多部件時或者當處理大 部件時，為了確保膜生長速度，必須施加與處理表面積的增加成正比 的高壓，因此，增加了供電單元上的負荷。
因此，在由供電單元允許的電壓和頻率范圍內(nèi)，根據(jù)處理表面積 確定優(yōu)化的且必要的最小電壓和頻率、同時維持處理速度和處理品質(zhì) 是很重要的。即使電壓和頻率不合理地增加，供電單元上的負荷增加， 處理品質(zhì)也不會下降。然而，即使試驗性處理條件可以在有限的處理 環(huán)境中用實驗方法確定，也還沒有能夠在不依靠工件的形狀以及待處 理工件的數(shù)量的情況下定性地確定優(yōu)化處理條件的評估參考以及方 法。
考慮到上述問題，因此，本發(fā)明的目的在于提供一種陽極化方法 及裝置，其中在通過交替地重復對時間周期非常短的正電壓的施加以 及對電荷的去除的陽極化處理中，可以在不依靠工件的形狀以及待處 理工件的數(shù)量的情況下定性地確定最適于工件的正電壓施加時間和脈 沖頻率，并可以提高處理速度和處理品質(zhì)。為了解決上述問題，本發(fā)明的研究人員進行廣泛研究，最終，他 們在實-瞼上發(fā)現(xiàn)，在通過交替地重復對時間非常短的正電壓的施加以 及對電荷的去除進行的陽極化處理中，盡管在施加正電壓之后陽極化 膜中流動的電流突然立即增大，但是電流在短時間周期內(nèi)相反地減小， 并且在一定時間之后，僅有很少量的電流流動。本發(fā)明的研究人員發(fā) 現(xiàn)，可以在不依靠工件的形狀以及待處理工件的數(shù)量的情況下定性地 確定最佳處理條件，并提出了本發(fā)明。
本發(fā)明提供了 一種陽極化方法，其中由鋁或鋁合金制成的工件浸 入電解液，并且在所進行的處理中，在所述工件和設置在所述電解液 中的陰極之間交替地重復對時間周期非常短的正電壓的施加以及對電
荷的去除，所述方法包括以下步驟在試驗性循環(huán)中重復對正電壓的 施加以及對電荷的去除，測量電流波形在正電壓施加周期的控制點到 達時間，并且基于所述控制點到達時間確定標準正電壓施加時間；以 及在與所述標準正電壓施加時間相對應的循環(huán)中重復對正電壓的施加 以及對電荷的去除，并且在所述工件的表面上形成陽極化膜。
在所述工件和所述陰極之間交替地重復施加時間周期非常短的正 電壓以及去除電荷的陽極化處理中，陽極化膜^義對于正電壓施加周期 形成。然而，已經(jīng)公知的是，通過由在電荷去除時期的負電壓施加或 者短路將積累在膜中的電荷一次去除，陽極化膜還可以在正電壓施加 周期形成，以使得與DC陽極化相比，可以引起每單位時間的大量電 荷，以對陽才及化估文出貢獻。
然而，即使對于正電壓施加周期，也4又在剛剛施加正電壓之后的 一定時期內(nèi)有較大電流在陽極化膜中流動。在較短時間周期內(nèi)達到峰， 然后電流開始減小。在一定時間之后，僅有4艮少量的電流流動。電流 在施加正電壓之后達到峰值表示在達到峰之前膜的阻抗較低，并且達 到峰之后膜的阻抗突然增大。
上述情況的原因被認為是存在以下兩個過程在一個過程中，電 解液中的陰離子通過施加正電壓透入陽極化膜的阻擋層，因而電流流 動，從而進行鋁基質(zhì)的氧化；在另一個過程中，陰離子積累在阻擋層 中并且妨礙新的陰離子進入該阻擋層，因此阻抗增大，從而使電流更不易于流動。相反，認為在電荷去除時，透入阻擋層中的陰離子被釋 放到電解液中，從而引起電流流動，并且當釋放結(jié)束時，電流變得更 不易于流動。
因此，如果將正電壓施加周期限制為較大電流在陽極化膜中流動 的時期(即，如果在較大電流在陽極化膜中流動的時期內(nèi)停止施加正 電壓)，并且使該過程快速地轉(zhuǎn)變至電荷去除時期，那么該處理可以在 更短的時間周期內(nèi)進行。
此外，在上述的交替地重復施加時間周期非常短的正電壓以及去 除電荷的陽極化處理中，經(jīng)試-瞼證明，電流在施加正電壓之后達到峰 值的時間主要取決于工件的表面積，并且即 -使改變所施加的電壓以及 重復施加正電壓和去除電荷的循環(huán)，該時間也是常量。上述事實符合 上述關(guān)于電流的考慮，并進一步優(yōu)選地具有以下優(yōu)點，即，可以在不 依靠工件的形狀以及待處理工件的數(shù)量的情況下定性地設定最適于工
件的正電壓施加時間和與該正電壓施加時間相對應的循環(huán)。
在陽極化處理中，進行了在試驗性循環(huán)中交替地重復施加正電壓 及去除電荷的預處理，此時，監(jiān)視陽極的電流波形，并且如下文所述 地在正電壓施加周期測量電流波形的控制點到達時間。
圖2示出了在一個試驗性循環(huán)中陽極的電流波形(A)。在圖2中， 在施加了由虛線表示的正電壓脈沖之后，由實線表示的電流波形(A) 立即突然上升，并達到&奪(P)。而后，與上升時間相比，電流逐漸地 略微減小，并變?yōu)樵诮屏愕母浇胶獾臓顟B(tài)。然后，結(jié)束正電壓施 加，在未示出的間隔之后施加負電壓，從而將積累在陽極化膜中的電 荷釋放。
作為用于從上述電流波形(A)檢測具有有助于陽極化的有效振 幅的部分的方法，設定比減小并到達平衡態(tài)的電流值更大的閾值，并 測量直到達到該閾值(控制點)的時間。例如，可以認為該閾值通過 峰值與作為參考的峰值的比率來設定?；蛘撸€可以測量超過閾值的 時間本身。
然而，通過另一實驗證實了即使在停止施加正電壓并且該過程在 電流波形(A)仍然具有足夠大的振幅時(即，當電解電流仍然充分流動時)在較小間隔后轉(zhuǎn)變至電荷去除的情況下，也提高了處理速度 和處理品質(zhì)。因此，基于具有電流波形的峰(P)的峰到達時間(tc) 優(yōu)化正電壓施加時間是實際的，其中峰到達時間(tC)能夠響應于這 些情況并能夠作為控制點容易地檢測。
在本發(fā)明中，優(yōu)選地，在試驗性循環(huán)的正電壓施加周期，控制點 到達時間為電流波形的峰到達時間(tC)，即，控制點為電流波形的峰。 在這種情況下，在確定所述標準正電壓施加時間的步驟中，優(yōu)選地在
所述峰到達時間(tc )的0.6至3倍的范圍內(nèi)確定所述標準正電壓施加 時間(T)。而且，在進行處理速度優(yōu)先的處理的情況下，優(yōu)選地在所 述峰到達時間(tc)的1至3倍的范圍內(nèi)確定所述標準正電壓施加時 間(T)。
同樣，在進行處理質(zhì)量優(yōu)先的處理的情況下，優(yōu)選地在所述峰到 達時間的0.6至1.5倍的范圍內(nèi)確定所述標準正電壓施加時間，并且在 所確定的標準正電壓施加時間的平均電流值不超過最大平均電流值的 范圍內(nèi)增大供給電壓。
最大平均電流值通過確定以下情況而發(fā)現(xiàn)在一種情況下，正電 壓施加時間不短于峰到達時間，即，在這種情況下，電流波形的峰位 于正電壓施加時間之內(nèi)，存在正電壓施加時間，在此時，由在已經(jīng)到 達J^后電流減小的性質(zhì)^吏平均電流最大；在一種情況下，正電壓施加 時間早在達到最大平均電流之前結(jié)束，可以在正電壓施加時間之外供 給相應的電荷。
上述的最大平均電流值可以由實際測量的值確定，還可以由基于 電流波形的算法處理確定。而且，因為已經(jīng)通過實驗發(fā)現(xiàn)電流波形在 平均電流值最大的情況下的形狀近似為正弦曲線，在所述峰到達時間 的0.6至1.5倍的范圍內(nèi)確定所述標準正電壓施加時間的情況下，可在 不超過兩倍于峰到達時間的正電壓施加時間的平均電流值的范圍內(nèi)增 大供給電壓。
此外，在本發(fā)明中，還可以進行以下步驟在利用設定的正電壓 的陽極化處理之前進行減緩處理，用于將正電壓從處理開始時的低于以及在所述減緩處理的過程中確定所述標準正電壓施加時間。此時， 優(yōu)選地，所述陽極化方法還包括以下處理，用于由在所述減緩處理時 期測量的峰到達時間以及在測量時的正電壓值來預測電壓增加至所述 設定的正電壓的狀態(tài)的峰到達時間。
而且，在本發(fā)明中，電流波形的所述控制點到達時間可以為在達 到電流波形的峰之前或之后、電流值達到預定的閾值(控制點)的時 間。
而且，為了執(zhí)行上述陽極化方法，本發(fā)明提供了陽極化裝置，包
括處理罐(l)，用于存儲電解液(10);陰極(2)，置于所述處理罐 中；以及倒相器供電單元(4, 43),能夠通過切換直流電源，發(fā)出高 頻脈沖電壓，并且所述倒相器供電單元還能夠改變正電壓施加周期和 電荷去除周期，其中，進行以下處理在由浸入所述電解液的鋁或鋁 合金制成的工件(11)和所述陰極之間交替地重復對時間周期非常短 的正電壓的施加以及對電荷的去除，其中，所述陽極化裝置還包括 電流監(jiān)控設備(44, 54)，用于監(jiān)視從所述倒相器供電單元引導至所述 工件的功率傳輸線的電流；以及測量設備(53a， 54, 51),用于測量 在由所述電流監(jiān)控設備得到的電流波形的正電壓施加周期、與所述倒 相器供電單元的切換同步的控制點到達時間，并且能夠基于所述控制 點到達時間設定或改變正電壓施加時間。
優(yōu)選地，所述控制點到達時間為電流波形在所述試驗性循環(huán)中所 述正電壓施加周期的峰到達時間。而且，電流波形的所述控制點到達 時間可以為在所述試驗性循環(huán)中所述正電壓施加周期，在達到電流 波形的峰之前或之后，電流值達到預定的閾值的時間。
在本發(fā)明中，由于應用了上述陽極化方法，因而可以在不依賴于 工件的形狀以及待處理工件的數(shù)量的情況下，定性地設定最適于工件 的正電壓施加時間和脈沖頻率，并可以提高處理速度和處理品質(zhì)。而 且，在供電單元允許的電壓和頻率范圍內(nèi)，可確定根據(jù)處理表面積的 最佳且必需的最小電壓和頻率，同時維持了處理速度和處理品質(zhì)。因 此，可以減少供電單元上的負荷。
在本發(fā)明中，如果在所述峰到達時間的0.6至3倍的范圍內(nèi)確定所述標準正電壓施加時間，并且在所確定的標準正電壓施加時間的平 均電流值不超過作為所述峰到達時間二倍的正電壓施加時間的平均電 流值的范圍內(nèi)增大供給電壓，那么該陽極化方法的優(yōu)點在于在得到較 厚膜的情況下提高處理速度的同時維持處理品質(zhì)。
在本發(fā)明中，如果進行以下步驟在利用設定的正電壓的陽極化 處理之前進行減緩處理，用于將正電壓從處理開始時的低于所設定的
正電壓的正電壓連續(xù)地或逐步地增加至所述設定的正電壓；以及在所 述減緩時期之后，立即在所述減緩處理的過程中確定所述標準正電壓 施加時間，那么該過程可以轉(zhuǎn)變?yōu)槔脴藴收妷菏┘訒r間的陽極化 處理，從而可以總體上縮短處理時間。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的實施方案的陽極化裝置的配置圖2為示出了在試驗性循環(huán)中陽極的電流波形和供給電壓的曲線
圖3為示出了電壓施加時間/電流峰達到時間和膜厚度之間的關(guān)系
以及電壓施加時間/電流峰達到時間和膜波動之間的關(guān)系的曲線圖； 圖4為示出了電壓施加時間/電流峰達到時間和膜厚度之間的關(guān)系
以及電壓施加時間/電流峰達到時間和平均電流之間的關(guān)系的曲線圖； 圖5為示出了被處理的表面積和平均電流之間的關(guān)系的曲線圖； 圖6為示出了在被處理的表面積不同的情況下電壓施加時間Z電流
峰達到時間和平均電流之間的關(guān)系的曲線圖7為示出了在試驗性循環(huán)中電流波形和電壓波形的曲線圖； 圖8為示出了在處理速度優(yōu)先的設定中電流波形和電壓波形的曲
線圖9為示出了在處理速度和處理品質(zhì)都確保的設定中電流波形和 電壓波形的曲線圖10為示出了在處理品質(zhì)優(yōu)先的設定中電流波形和電壓波形的 曲線圖11所示的曲線圖示出了圖7至圖IO中示出的電流波形，電流波形在同 一時間軸上以重疊的形式示出；以及
圖12為示出了在工件表面積不同的情況下施加的電壓和電流峰 達到時間之間的關(guān)系的曲線圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方案進行詳細描述。
圖1為根據(jù)本發(fā)明的實施方案的陽極化裝置的配置圖。在圖1中，
陽極化裝置主要由以下幾部分構(gòu)成用于存儲電解液10的處理罐1、 置于處理罐1中的陰極板2、用于在工件11浸入電解液10的位置支 撐由鋁或鋁合金制成的工件11的支撐件、用于進行處理的供電單元4、 以及控制單元5,在該處理中，通過將周期非常短的雙極脈沖電壓施 加至工件11和陰4及寺反2之間而交替地重復施加時間周期非常短的正電 壓以及去除電荷。
供電單元4包括用于正電壓的直流電源41及用于負電壓的直流電 源42,直流電源41和42都連4妻至工業(yè)用電頻率的主交流電源40，供 電單元4還包括倒相器單元43,倒相器單元43用于切換由直流電源 41及42提供的直流電壓和電流。倒相器單元43包括諸如絕緣閘雙極 晶體管(IGBT)的開關(guān)元件、鉗位電路及保護電路，并且倒相器單元 43由控制單元5的開關(guān)控制部件53控制。
控制單元5包括用于設置陽極化參數(shù)并控制陽極化的主控部件 51、用于正電壓的直流電源41和用于負電壓的直流電源42的電壓控 制部件52、用于倒相器單元43的開關(guān)控制部件53、以及用于處理電 流的監(jiān)控部件54。監(jiān)控部件54監(jiān)視由設置在陽極側(cè)的電流檢測器44 所才全測到的電流時間改變，并可以測量從開始施加正電壓時到下文描 述的電流波形的控制點達到與開關(guān)控制部件53發(fā)出的觸發(fā)信號53a 同步時所需的時間(控制點到達時間)，并且監(jiān)控部件54可以由能夠
執(zhí)行包含這些進程的程序的計算機配置。
對于電解液IO，可用到稀釋硫酸、草酸、磷酸、鉻酸等。然而， 電解液10并不限于上述酸，可使用用于普通陽極化的電解液，例如， 二元酸浴、二元酸和有才幾酸的混酸浴或堿浴。^威浴可包含堿土金屬的金屬化合物。堿浴可選地包含硼化物或氟化物。而且，陰極板2的材 料不受任何特殊限制，而且可使用已被常規(guī)地用于陽極化的電極材料， 如碳板、鈦板、不銹鋼板、鉛板或鉑板。
當陽極化處理開始時，將所提供的電壓、膜電荷去除電壓、處理 時間、減緩時間和處理模式預先輸入主控部件51。減緩時間為緩慢地 將電壓提高至設定供給電壓的時間，以防止在陽極化的早期陽極化膜 尚未形成的狀態(tài)下流入過大的電流。
對于處理模式，可根據(jù)所需的膜特性選擇處理速度優(yōu)先的高速處 理模式、膜表面的光滑度優(yōu)先于處理速度的高質(zhì)量處理模式、介于兩 者之間的中間處理模式等等。例如，通過輸入百分數(shù)值或通過選擇開 關(guān)輸入處理模式。通過這些處理模式的選擇，改變了標準的正電壓施 加時間及負電壓施加時間(膜電荷去除時間)相對于電流波形的控制 點到達時間的設定參考。
根據(jù)工件11的尺寸及形狀、同時處理的工件11的數(shù)量等等，對
應于每一處理模式的最佳正電壓施加時間是不同的。因此，在進行處
理之前，進行陽極化測試，并且通過使用監(jiān)控部件54測量電流波形的 控制點到達時間，從而由控制單元5執(zhí)行運算處理，通過該運算處理， 如下文所述，基于控制點到達時間來確定對應于每一處理模式的標準 正電壓施加時間。
在陽極化測試中，進行陽極化處理并測量到達電流波形的峰(P) 的到達時間(tc),這樣就基于該峰到達時間(tc)確定了標準正電壓 施加時間(T),其中在該陽才及化處理中，在通過經(jīng)-驗設定的試驗性循 環(huán)中交替地重復施加正電壓及去除電荷，電流波形的峰(P)為在正電 壓施加周期內(nèi)在電流波形中普遍存在的控制點。在減緩時期內(nèi)也可以 進行這樣的條件設定處理。最終的峰到達時間(tc)可以基于在執(zhí)行 條件設定處理時的供給電壓值以及最終供給的電壓值來預測。該預測 在下文中描述。
圖2示出了在陽極化處理中由電壓檢測器45檢測的所施加的電壓 (V )和由電流檢測器44檢測的電流波形(A )，在該陽極化處理中， 在試驗性循環(huán)中交替地重復施加正電壓及去除電荷。在開始正電壓施加之后，由于施加的電壓(V)立即產(chǎn)生電流流動，并且電流波形(A) 突然上升。然而，立即到達峰(P)且電流開始減小，隨后，如前所述， 只有低水平電流流動。在傳統(tǒng)的直流陽極化處理中，在該低電流值處 進行處理。然而，到正電壓施加和負電壓施加結(jié)束時，去除了充電電 荷，并且再次由正電壓施力。引起高水平電流流動。
電流波形(A)在正電壓施加周期具有振幅的部分可稱為陽極化 為活性的時期。然而，由于電流波形(A)的下降曲線有些變化，因 而未必易于選取該時期本身。另一方面，如果處理相同的工件ll，那 么即-使正電壓施加時間改變，出現(xiàn)在電流波形(A)中的峰到達時間 (tc)也是常量。因此，為了由峰到達時間(tc)確定適當?shù)恼妷菏?加時間(T)，通過在峰到達時間(tc)的0.5至5倍的范圍內(nèi)改變正 電壓施加時間(T)來進行陽極化處理，并進行在這些情況下對膜厚 度和膜性質(zhì)進行比較的實驗。
在上述實驗中，通過使用作為電解液的10。/。體積的碌b酸、施加雙 極脈沖電壓的40V的供給電壓(正電壓)和-2V的電荷去除電壓、 周期為50至500 jus (峰到達時間(tc)的0.5至5倍)且停止時間設 置為20/xs，對由鋁材料(ADC 12)形成的工件11進行五分鐘的陽^L 化。
在圖3的曲線圖中，橫坐標表示將正電壓施加時間除以峰到達時 間得到的值(T/tc),縱坐標(左側(cè)，實線)表示膜厚度(Mm),而縱 坐標(右側(cè)，虛線)表示作為膜性質(zhì)指標的波動(Wa) (pim)。波動 (Wa)為橫截面曲線的算術(shù)平均高度，即，對相對于參考長度內(nèi)橫截 面曲線的中心線的絕對值進行積分而得到的值。
在圖3中，橫坐標為2.0的點(在該點獲得最厚的膜)表示的情 況為正電壓施加時間(T)為峰到達時間(tc)的二倍。因此，可以看 出，在峰到達時間(tc) 二倍的點處結(jié)束正電壓施加，從而可以有效 地選取陽極化為活性的時期。盡管該處理僅為五分鐘，但該樣品的膜 厚度達到了 17pm，從而使獲得的膜厚度為進行相同處理周期的直流 陽極化處理情況下得到的2.5 u m膜厚度的六倍或更多。
可以說即使在正電壓施加時間(T )為峰到達時間(tc )的二倍或更多的情況下也獲得了足夠厚的膜。然而，應該注意到的是膜厚度略 有下降。這種較長時間周期的正電壓施加并未有助于膜的進一步變厚， 但具有的優(yōu)點是能夠減少供電單元4上的負荷。此外，保持了良好的
波動(Wa),約為相同條件下進行直流陽極化處理的波動的一半(1.5 nm)。然而，對于較長時間周期(例如超過峰到達時間(tc)的三倍) 的正電壓施加，頻率降低，從而使得膜形成速度降低。
另一方面，在正電壓施加時間(T)為峰到達時間(tc)的二倍或 更少的情況下，可以說膜厚度大約與正電壓施加時間成正比地降J氐， 此外，供電單元4上的負荷根據(jù)短周期增加。然而，即使在正電壓施 加時間(T)比峰到達時間(tc)短的情況下，即，正電壓施加在到達 電流波形的峰值之前結(jié)束，仍可以得到與通過直流陽極化處理獲得的 膜厚度相等或更厚的膜厚度，此外，波動(Wa)趨向于隨正電壓施加 時間(T)變短而減小。因此，可以看出比峰到達時間(tc)更短的正 電壓施加時間在處理品質(zhì)優(yōu)于處理速度的情況下是有效的。
通過上文的描述，可以說如果在峰到達時間(tc)的1至3倍(zl ) 的范圍內(nèi)選取正電壓施加時間(T),那么可以通過短時間陽極化處理 得到高質(zhì)量的厚膜。當在選取范圍內(nèi)考慮處理速度或供電單元4上的 負荷時，在J^到達時間(tc)的1.5至2.5倍(z2)范圍內(nèi)的正電壓施 加時間尤為適合。在處理品質(zhì)優(yōu)先的情況下，在峰到達時間(tc)的 1.0至1.5倍(z3)范圍內(nèi)的正電壓施加時間是適合的。
在比峰到達時間(tc)更早地較早結(jié)束正電壓施加的情況下，所 有能夠供給至陽極化層(鋁陽極化膜界面)的電荷都不被供給。換句 話說，所建議的是因為陽極化層中的電荷并未飽和，因而可以在較短 的正電壓施加周期內(nèi)再施加電荷。
圖4中的曲線圖為平均電流值的曲線圖加入到圖3的曲線圖。膜 厚度和平均電流呈現(xiàn)出相同的趨勢，在正電壓施加時間(T)比峰到 達時間(tc)的二倍略長的情況下， 一個循環(huán)的正電壓施加周期的平 均電流為最大。也就是說，最大平均電流值和正電壓施加時間的乘積 可以被認為是能夠在一個循環(huán)的正電壓施加周期內(nèi)供給至陽極化層的 電荷的總?cè)萘?。因此，在峰到達時間(tc)的0.6至1/5倍(圖3中的Z4)的范圍內(nèi)選耳又正電壓施加時間(T)的情況下，可以說即使供給的 電壓(正電壓)增加的范圍使得在該時間周期內(nèi)的平均電流值并未超 過最大平均電流值，電荷也未飽和。通過另一實驗證實可以通過對所 供給的電壓進行修正而獲得大的膜厚度，同時保持良好的膜性質(zhì)。
接下來，為了4企驗平均電流和被處理表面積之間的關(guān)系，通過改 變同時處理的工件(汽車引擎的活塞和蓋)的數(shù)量來進行上述的相同 的陽極化處理，并且確定了正電壓施加時間和此時的平均電流之間的
關(guān)系。圖5示出了該結(jié)果。圖5的曲線圖表示當處理的表面積增大時，
平均電流的峰位于正電壓施加時間更長的部分中，并且需要更多的時 間來將電荷填充到陽極化層中。
另一方面，圖6是橫坐標表示將正電壓施加時間(T)除以峰到 達時間(tc )得到的值(T/tc )的曲線圖。圖6示出了無論被處理的表 面積如何，在一個循環(huán)的正電壓施加周期，平均電流都在正電壓施加 時間(T)約為峰到達時間(tc)的二倍的點達到最大。
通過上述的結(jié)果，證實了考慮處理速度和處理品質(zhì)的適當正電壓 施加時間可以基于峰到達時間(tc)來選取，而不管工件的數(shù)量以及 處理的表面積。
圖7至圖IO分別示出了在上述實驗中的每一正電壓施加時間(T) 處由電流檢測器44和電壓4企測器45實際4企測到的電流波形A和電壓 波形V。在上述附圖中，圖7示出了當周期為1000pm且正電壓施加 時間(T )為480 ja m (對應于在試驗、性循環(huán)中交替地重復S4加正電壓 及去除電荷的陽極化處理)時的電流波形(A)和電壓波形V。因為 正電壓施加時間(T )的長度約為電流波形的3 1 n m的峰到達時間(tc ) 的16倍，因而包括了電流幾乎不流動的很多時間周期。然而，通過五 分鐘的陽極化處理得到的膜厚度為6.0 n m。
圖8示出了當將周期設定為200jum并將正電壓施加時間(T)設 定為80 ja m (即，J奪到達時間(31 ja m )的2.7倍)時進行的陽極化處 理的電流波形(A)和電壓波形V。也就是i兌，正電壓施加在80 jam (與T/tc=2.7對應)處結(jié)束，并且在20fi m的間隔之后，該過程變?yōu)?去除電荷。在電流波形中，并不存在如圖7中所示的電流幾何不流動的部分。通過五分鐘的陽極化處理得到的膜厚度增至15.0 jam。
圖9示出了當將周期設定為143Mm并將正電壓施加時間(T)設 定為51(im(即，峰到達時間的1.7倍)時進行的陽^f及化處理的電流 波形(A)和電壓波形V。也就是說，雖然電流波形的峰值已經(jīng)通過， 但是正電壓施加在仍然存在足量電流的T/tc=1.7時間處停止，并且在 20jum的間隔之后，該過程變?yōu)槿コ姾桑ㄐ蔚男螤罱朴谡仪?線。通過五分鐘的陽極化處理得到的膜厚度達到17.0(am的最高值。 圖IO示出了當將周期設定為100jim并將正電壓施加時間(T) 設定為30(im (幾乎等于峰到達時間)時進行的陽極化處理的電流波 形(A)和電壓波形V。也就是說，雖然正電壓施加在靠近電流波形 的峰值T/tc=1.0的點處停止，但是通過五分鐘的陽極化處理得到的膜 厚度為9.0nm。因為以非常短的周期進行切換，因而與其它實施例相 比，在電壓波形中出現(xiàn)噪聲。然而，電流波形并沒有較大的失調(diào)，膜 性質(zhì)符合良好的實驗結(jié)果。
圖11中的曲線圖示出了圖7至圖10中示出的電流波形，這些電 流波形在同 一時間軸上以重疊的形式示出。T/tc = 1.7與處理速度和處 理品質(zhì)平衡的設定相對應，T/tc= 1.0與處理品質(zhì)優(yōu)先的設定相對應， 而T/tc = 2.7與處理速度優(yōu)先的設定相對應。清楚地示出了與基于峰到 達時間(tc)的正電壓施加時間(T)的每一處理才莫式相對應的典型設 定。
通過本發(fā)明的陽極化處理得到的膜形成速度對于膨脹材料和AC 材料不低于13 |am/min,對于含有7.5%或更多Si的ADC材料的機 才成力口工面不"f氐于6.0 M m/min, 甚至對于鑄造表面不低于3.4jam/min。 考慮到傳統(tǒng)的直流陽極化處理中的膜形成速度對于膨脹材料和AC材 料不高于l.Ojum/mm,對于含有7.5%或更多Si的ADC材料不高于 0.5jum/min,可以說明顯地增大了膜形成速度。
接下來，為了證明當在減緩時期進行基于峰到達時間(tc)設定 正電壓施加時間(T)的上述過程時的有效性，進行了實驗以檢驗對 于六組樣品nl至n6(每組均具有不同的處理表面積)施加的電壓(V) 和山奪到達時間(tc )之間的關(guān)系。對于樣品nl至n6，處理的表面積(一個部件的表面積x數(shù)量)在對樣品數(shù)量升序時增大。
圖12為示出了實驗結(jié)果的曲線圖。通過該結(jié)果，可以證明隨著施 加的電壓(V)的增大，峰到達時間(tC)減少，峰到達時間(tC)減 少的趨勢在施加的電壓(V)的上升側(cè)減小。這些曲線示出了基本上 峰到達時間(tC)與施加的電壓(V)成反比，并示出了在最終的供給 電壓值處的峰到達時間(tc)可以由減緩時期的瞬時供給電壓值處的 峰到達時間(tc)預測。
此外，峰到達時間(tc)的減少的速度通常低于施加的電壓(V) 的上升。對于處理的表面積相對較小的樣品nl和n2,峰到達時間(tc) 在30至50V的施加電壓處幾乎不改變。因此，當處理的表面積相對 較小時，如果峰到達時間(tc)在減緩時期的最后階段處(例如，在 瞬時供給電壓值大約達到最終供給電壓值的80%的點處)確定，那么 考慮了處理速度和處理品質(zhì)的適當?shù)恼妷菏┘訒r間可以基于峰到達 時間(tc)已確定的值來確定。
而且，因為峰到達時間的曲線近似接近于直線，所以如果峰到達 時間(tc)在減緩時期內(nèi)測量至少兩次，那么在最終供給電壓值(V3) 處的峰到達時間(tc3)可以通過測量時的供給電壓值(V,, V2)和峰
到達時間(tCM tC2)共線近似而確定。如果在減緩時期的過程中測量
峰到達時間的次數(shù)增加，那么將進一 步增強近似的精度。
如果最終供給電壓值處的到達時間可以在減緩時期內(nèi)確定并且 考慮了處理速度和處理品質(zhì)的最終正電壓施加時間(T)可以基于所 確定的峰到達時間的值而確定，那么該過程可以轉(zhuǎn)變至與減緩時期內(nèi) 的該正電壓施加時間(T)相對應的時期。在這種情況下，該過程從 試驗性電壓施加周期逐漸地或逐步地轉(zhuǎn)變?yōu)闃藴孰妷菏┘又芷?，從?可以減少供電單元上的負荷。
以上是對本發(fā)明實施方案進行的描述。然而本發(fā)明并不限于上述 實施方案，基于本發(fā)明的技術(shù)概念，可進一步形成各種變形和改變。
在上述實施方案中，已經(jīng)描述了電流波形的控制,泉作為峰到達時 間(tc)并且基于峰到達時間(tc)設定與每一處理模式相對應的正電 壓施加時間(T)的情況。然而，代替測量峰到達時間(tc)，適當?shù)卦O定電流的閾值并測量達到該閾值的時間，或者測量電流超過該閾值 的時間本身，這樣可以基于所測量的時間來設定正電壓施加時間(T)。
在這種情況下，例如，閾值可以由電流的峰值比率來設定。
而且，在上述實施方案中，已經(jīng)描述了這樣的情況，即，考慮供 電單元4上的負荷來進行設定，以使得正電壓施加時間和由于負電壓 施加所造成的膜電荷去除時間彼此相等。然而，在一個循環(huán)中的正電 壓施加時間和電荷去除時間可以彼此不同。此外，還々支設了在膜電荷 去除時間處的負電壓為零的情況(即，電荷去除并未確定地完成)。在 這種情況下，去除電荷的效果降低，從而優(yōu)選地在膜電荷去除時間施 加負電壓。
權(quán)利要求
1. 一種陽極化方法，其中由鋁或鋁合金制成的工件浸入電解液，并且在所進行的處理中，在所述工件和設置在所述電解液中的陰極之間交替地重復對時間周期非常短的正電壓的施加以及對電荷的去除，所述方法包括以下步驟在試驗性循環(huán)中重復對正電壓的施加以及對電荷的去除，測量電流波形在正電壓施加周期的控制點到達時間，并且基于所述控制點到達時間確定標準正電壓施加時間；以及在與所述標準正電壓施加時間相對應的循環(huán)中重復對正電壓的施加以及對電荷的去除，并且在所述工件的表面上形成陽極化膜。
2. 如權(quán)利要求1所述的陽極化方法，其中所述控制點到達時間為 在所述試驗性循環(huán)中所述電流波形在所述正電壓施加周期的峰到達時間。
3. 如權(quán)利要求2所述的陽極化方法，其中在確定所述標準正電壓 施加時間的步驟中，在所述峰到達時間的0.6至3倍的范圍內(nèi)確定所 述標準正電壓施力口時間。
4. 如權(quán)利要求2所述的陽極化方法，其中在確定所述標準正電壓 施加時間的步驟中，在所述峰到達時間的1至3倍的范圍內(nèi)確定所述 標準正電壓施力口時間。
5. 如權(quán)利要求2所述的陽極化方法，其中在確定所述標準正電壓 施加時間的步驟中，在所述峰到達時間的0.6至1.5倍的范圍內(nèi)確定所 述標準正電壓施加時間，并且在所確定的標準正電壓施加時間內(nèi)的平 均電流值不超過最大平均電流值的范圍內(nèi)增大供給電壓。
6. 如權(quán)利要求2所述的陽極化方法，其中在確定所述標準正電壓施加時間的步驟中，在所述峰到達時間的0.6至1.5倍的范圍內(nèi)確定所述標準正電壓施加時間，并且在所確定的標準正電壓施加時間內(nèi)的平 均電流值不超過在作為所述A奪到達時間二倍的所述正電壓施加時間內(nèi) 的平均電流值的范圍內(nèi)增大供給電壓。
7. 如權(quán)利要求2所述的陽極化方法，其中所述陽極化方法還包括 以下步驟在利用設定的正電壓進行陽極化處理之前，進行減緩處理，以用 于將正電壓從處理開始時低于所述設定的正電壓的正電壓連續(xù)地或逐 步地增加至所述設定的正電壓；以及在所述減緩處理的過程中，確定 所述標準正電壓施加時間。
8. 如權(quán)利要求7所述的陽極化方法，其中所述陽極化方法還包括 以下處理用于由在所述減緩處理的過程中測量的所述Jf到達時間以及在測 量時的正電壓值來預測在電壓增加至所述設定的正電壓的狀態(tài)中的峰 到達時間。
9. 如權(quán)利要求1所述的陽極化方法，其中所述電流波形的所述控 制點到達時間為在達到電流波形的峰之前或之后、電流值達到預定的 閾^直的時間。
10. —種陽極化裝置，包括 處理罐，用于存儲電解液； 陰極，置于所述處理罐中；以及倒相器供電單元，能夠通過切換直流電源，發(fā)出高頻脈沖電壓， 并且所述倒相器供電單元還能夠改變正電壓施加周期和電荷去除周 期，其中，進行以下處理在由浸入所述電解液的紹或鋁合金制成的 工件和所述陰極之間交替地重復對時間周期非常短的正電壓的施加以 及對電荷的去除，其中，所述陽極化裝置還包括電流監(jiān)控設備，用于監(jiān)視從所述 倒相器供電單元引導至所述工件的功率傳輸線的電流；以及測量設備， 用于測量在由所述電流監(jiān)控設備得到的電流波形的正電壓施加周期、 與所述倒相器供電單元的切換同步的控制點到達時間，并且能夠基于所述控制點到達時間設定或改變正電壓施加時間。
11.如權(quán)利要求IO所述的陽極化裝置，其中所述控制點到達時間 為在試驗性循環(huán)中所述電流波形在所述正電壓施加周期的峰到達時 間。
全文摘要
一種陽極化方法，其中由鋁或鋁合金制成的工件浸入電解液，并且在所進行的處理中，在所述工件和設置在所述電解液中的陰極之間交替地重復對時間周期非常短的正電壓的施加以及對電荷的去除，所述方法包括以下步驟在試驗性循環(huán)中重復對正電壓的施加以及對電荷的去除，測量電流波形在正電壓施加周期的控制點到達時間(tc)，并且基于所述控制點到達時間確定標準正電壓施加時間(T)；以及在與所述標準正電壓施加時間相對應的循環(huán)中重復對正電壓的施加以及對電荷的去除，并且在所述工件的表面上形成陽極化膜。
文檔編號C25D11/04GK101545128SQ20091011943
公開日2009年9月30日 申請日期2009年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月24日
發(fā)明者山本友晴, 田中洋臣, 藤田昌弘 申請人:鈴木株式會社