本發(fā)明涉及氧化鋁納米層制作方法和裝置。

背景技術(shù)：

為了彌補(bǔ)純鋁或鋁合金材料自身的缺陷并擴(kuò)大應(yīng)用范圍，氧化層的應(yīng)用是不可缺少的一個工序?，F(xiàn)有的氧化鋁技術(shù)采用電解氧化在純鋁或鋁合金的表面上形成一層氧化膜，主要作用是加強(qiáng)材料的防腐蝕性、耐磨性和硬度等等。現(xiàn)有的陽極氧化工藝涉及多種處理工序，而每個工序都必須遵照非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牟僮鳌Ｋ械匿X工件都需要經(jīng)過前處理(把表面上的雜質(zhì)除去)方可進(jìn)行陽極氧化的處理，因?yàn)楸砻嫔系挠椭?、污積都會影響納米膜的質(zhì)量。陽極氧化后的清洗也十分重要，沾在工件上的酸殘留物如果未得到徹底清洗，會令工件出現(xiàn)表面顏色不均。但是，現(xiàn)在的氧化層質(zhì)量不夠好，附著力不好，容易脫落，氧化層上的納米小孔也很難做成小于30nm，這令到氧化層應(yīng)有的功能大為減弱。另外，整個工序需要用到無機(jī)化學(xué)品，電解液(一般是硫酸)并要用很多不同的化學(xué)添加藥物以改善產(chǎn)品的素質(zhì)，化學(xué)物在生產(chǎn)過程中大量的釋出與排放會嚴(yán)重污染環(huán)境。

傳統(tǒng)采用草酸進(jìn)行陽極氧化的工藝，其所用的材料和電耗的成本都比硫酸陽極氧化高，約為硫酸陽極氧化的6～7倍；其次草酸溶液的穩(wěn)定性也較差，維護(hù)上要求也較嚴(yán)格，故在應(yīng)用上受到一定的限制。一般情況下，由于草酸電解液電阻較大，電能消耗大，電解液易發(fā)熱，需配備強(qiáng)制性冷卻裝置。同時絕緣性氧化膜層電阻高，只有在高電壓下才能獲得較厚的性能良好的氧化膜。然而，這種草酸陽極氧化工藝要求嚴(yán)格，耗能大，給實(shí)際生產(chǎn)帶來極大不便，由其是在沒有加何如添加劑的情況下，基本上不可能達(dá)成。一般說來，采用草酸氧化膜的溶解度低，可生成硬度較高氧化膜。但是若單用草酸進(jìn)行陽極氧化，有些材料會因在氧化過程中電壓升高太快而使氧化過程無法進(jìn)行，或因膜的生長速度太慢而不易生成厚膜。只有依賴用添加劑。電解液的溫度對膜層的硬度和耐磨性影響很大，為了獲得高硬度和耐磨性好的氧化膜，必須使用較低的工作溫度。鋁的氧化是一個放熱反應(yīng)，氧化膜生成時在鋁基體表面會產(chǎn)生很大熱量，所以在成膜速大的情況下，單位時間的放熱量就會很大，導(dǎo)致槽液溫度迅速上升，過高的溫度會加速膜層溶解，使硬度降低，因此為得到優(yōu)質(zhì)氧化膜必須將槽液降溫并進(jìn)行強(qiáng)力攪拌。所以，以現(xiàn)時的工藝是不可能做出草酸硬膜氧化層。以上工藝一般只能夠做到10-25μm左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)未達(dá)到硬膜的要求。有實(shí)驗(yàn)報告指出就算強(qiáng)行加長氧化加工的時間，氧化膜都會在35μm左右停止生長。

為了提高氧化膜的質(zhì)量，陽極氧化只能用上專用的大型直流電源，提供低電壓、高電流的氧化用能源，令整個工業(yè)流程變得復(fù)雜昂貴。繁復(fù)的工序不但會加重成本，時間上的消耗也會降低生產(chǎn)效率。溫度控制，更是重要，這環(huán)節(jié)的能源消耗是十分之大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種提高氧化鋁層性能的氧化鋁納米層的制作方法。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種提高氧化鋁層性能的氧化鋁納米層的制作裝置。

本發(fā)明的目的之一可以這樣實(shí)現(xiàn)，設(shè)計一種氧化鋁納米層的制作方法，對欲形成氧化鋁的鋁或鋁合金工件采用陽極氧化工藝，發(fā)電機(jī)采用磁路開路設(shè)計，發(fā)電機(jī)的磁鐵體的極性都是同一方向，發(fā)電線圈與磁鐵體的數(shù)目是對稱的，發(fā)電機(jī)輸出電能的波形為不對稱波形；

電解液采用有機(jī)酸或以有機(jī)酸為主的混合酸；

形成的氧化鋁膜層內(nèi)分布小于30納米的孔洞，氧化鋁膜層表面滿布網(wǎng)絡(luò)紋結(jié)晶。

進(jìn)一步地，氧化膜層中分布的孔洞密度為在500nm×500nm的面積上分布20目～40目孔洞。

進(jìn)一步地，氧化膜層內(nèi)小于30納米的孔洞沿氧化膜層厚度方向生成。

進(jìn)一步地，電解液采用混合酸，其中95％以上為草酸液，低于5％為硫酸液。

進(jìn)一步地，氧化膜層的厚度在60um～300um。

進(jìn)一步地，電解液中的草酸液的含量80～120克/升，硫酸液的含量0～16克/升；工作時，電解液的溫度為4～25℃，電壓為60～120V，電流密度為2.5～3.5A/dm²，氧化時間60～150分鐘。

本發(fā)明的另一目的可以這樣實(shí)現(xiàn)，設(shè)計一種氧化鋁納米層的制作裝置，包括電源、整流器、電解槽、冷卻器，電源的輸出端連接至整流器的輸入端，整流器輸出端的正極通過導(dǎo)線連接至工件，整流器輸出端的負(fù)極通過導(dǎo)線連接至鋁板，工件和鋁板放置在電解槽內(nèi)并浸泡在電解液中；

電源為采用磁路開路設(shè)計的發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)的發(fā)電線圈采用磁路開路設(shè)計，發(fā)電機(jī)的磁鐵體的極性都是同一方向，發(fā)電線圈與磁鐵體的數(shù)目是相同和對稱的，發(fā)電機(jī)輸出電能的波形為不對稱波形；

整流器，將發(fā)電機(jī)輸出的交流電轉(zhuǎn)化為直流電，以直流電作為電解電源；

冷卻器包括熱交換器、循環(huán)泵，第二熱交換器放置在電解槽處，第一熱交換器安置在外部，第一熱交換器與第二熱交換器之間設(shè)有循環(huán)泵，循環(huán)泵讓冷卻液在兩熱交換器中冷熱交換。

本發(fā)明生產(chǎn)出來的產(chǎn)品氧化層更硬、更耐磨、附著力更強(qiáng)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明較佳實(shí)施例的示意圖；

圖2是本發(fā)明較佳實(shí)施例電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子的示意圖；

圖3是本發(fā)明較佳實(shí)施例電機(jī)輸出的波形圖；

圖4是實(shí)施本發(fā)明的產(chǎn)品在顯微鏡下顯示的產(chǎn)品剖面圖；

圖5是實(shí)施本發(fā)明的產(chǎn)品在顯微鏡下顯示的氧化層面圖；

圖6是實(shí)施本發(fā)明的產(chǎn)品在顯微鏡下顯示的氧化層面圖；

圖7是實(shí)施本發(fā)明的產(chǎn)品水細(xì)化報告圖；

圖8是實(shí)施本發(fā)明的產(chǎn)品水細(xì)化測試對比報告圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。

一種氧化鋁納米層的制作方法，對欲形成氧化鋁的鋁或鋁合金工件采用陽極氧化工藝；發(fā)電機(jī)采用磁路開路設(shè)計，發(fā)電機(jī)的磁鐵體的極性都是同一方向，發(fā)電線圈與磁鐵體的數(shù)目是對稱的，發(fā)電機(jī)輸出電能的波形為不對稱波形；電解液采用有機(jī)酸或以有機(jī)酸為主的混合酸；形成的氧化鋁膜層內(nèi)分布小于30納米的孔洞，氧化鋁膜層表面滿布網(wǎng)絡(luò)紋結(jié)晶。

所述氧化膜層中分布的孔洞密度為20目/500nm*500nm～40目/500nm*500nm。本實(shí)施例中孔洞密度大約為30目/500nm*500nm。

所述氧化膜層內(nèi)小于30納米的孔洞沿氧化膜層厚度方向生成。

電解液采用混合酸，其中95％以上為草酸液，低于5％為硫酸液；草酸液與流酸液的比例為：95～100:0～5。

氧化膜層的厚度在60um～300um。如圖4所示，本實(shí)施例中氧化膜層的厚度為180um。

電解液中草酸的含量80～120克/升，為草酸粉加入清水的份量，本實(shí)施例中采用的是純度為99.5％的草酸粉，硫酸的含量0～16克/升；工作時，電解液的溫度為4～25℃，電解電壓為60～120V，電解電流密度為2.5～3.5A/dm²，氧化時間60～150分鐘。

現(xiàn)有的一般工序?yàn)椋轰X工件→上掛具→脫脂→水洗→堿蝕→水洗→出光→水洗→陽極氧化→水洗→去離子水洗→封閉→水洗→下掛具，需要繁復(fù)的前和后處理。本實(shí)施例前處理的部份只需用清水洗刷五分鐘便可以開始進(jìn)行陽極氧化，后處理則是用熱水浸泡十五分鐘把酸洗掉并同時進(jìn)行封膜程序。本實(shí)施例的陽極氧化工序：鋁工件→上掛具→水洗→陽極氧化→水洗+封閉→下掛具。只要用普通的整流器把交流電轉(zhuǎn)化成直流電就可完成陽極氧化的處理，也不需要繁復(fù)的前和后處理就能造出納米膜。也不需用有很大污染的硫酸來做電解液。這個做法可節(jié)省購買前處理材料的成本，也縮短了整個生產(chǎn)流程。把環(huán)境的污染減到最少。

應(yīng)用本發(fā)明制造出200um左右厚的氧化層，氧化層表面上布滿小于30納米的小孔和滿布網(wǎng)絡(luò)紋結(jié)晶,如圖5、圖6所示。圖6的放大倍數(shù)高于圖5的放大倍數(shù)。從圖中可以看出，孔徑小于20nm。應(yīng)用本發(fā)明制造出的產(chǎn)品比傳統(tǒng)的氧化層更硬、更耐磨、附著力更強(qiáng)。本發(fā)明制造出的產(chǎn)品還顯出更強(qiáng)的特別功能，例如對液體有細(xì)化功能等。測試?yán)怯帽景l(fā)明的氧化鋁納米層的制作方法制造的杯子，如圖7所示，放入自來水一分鐘后做的o-17磁共振水細(xì)化測試報告；測試報告結(jié)果如圖8指出，自來水是80.58Hz而放入氧化鋁納米層的制作方法制造的杯子中的水細(xì)化到64.28Hz。

本發(fā)明電源發(fā)電機(jī)的AC輸出波形必定要正負(fù)不對稱的正弦波組合波，如圖3所示。其中主波增強(qiáng)金屬氧化，小正弦波減少脫附時的放電影響。而現(xiàn)有的電機(jī)輸出AC波形的正負(fù)波形是相同，分別是正負(fù)相差180度。

本實(shí)施例中采用草酸作為電解液，不但生產(chǎn)成本大幅下降，鋁氧化層的各種性能都能提升到傳統(tǒng)工藝難以達(dá)到的水平。在現(xiàn)有技術(shù)中以純草酸作為電解液也是不可能的，因?yàn)殡妷禾?，這個問題非常難解決的。在現(xiàn)有技術(shù)中要額外多花5小時為氧化層增加10μm厚度實(shí)在非常困難，而且并不合乎經(jīng)濟(jì)效益。本發(fā)明打破了以上所述的技術(shù)限制，草酸能在不加任何添加劑的情怳下做，在2小時可做出氧化層厚度高達(dá)180μm，可以說是為草酸工藝帶來革命性的突破。而且，草酸沒有任何有害釋出甚至可以食用，完全符合環(huán)保的概念。另外，也可以加入少量硫酸成為混合酸，并大幅度加強(qiáng)氧化層的性能。而且本發(fā)明所用的草酸濃度非常高，一般設(shè)定在100g/L的水平，是傳統(tǒng)技術(shù)的一倍多，大大加強(qiáng)了電解液電阻和加工時的電壓，在這個條件下現(xiàn)有技術(shù)短的時間內(nèi)是達(dá)不到做180μm的。

如圖1所示，一種氧化鋁納米層的制作裝置，包括電源、整流器、電解槽、冷卻器，電源的出端連接至整流器的輸入端，整流器輸出端的正極通過導(dǎo)線連接至工件，整流器輸出端的負(fù)極通過導(dǎo)線連接至鋁板，工件和鋁板放置在電解槽內(nèi)并浸泡在電解液中。

電源為采用磁路開路設(shè)計的發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)的發(fā)電線圈采用磁路開路設(shè)計，發(fā)電機(jī)的磁鐵體的極性都是同一方向，發(fā)電線圈與磁鐵體的數(shù)目是相同和對稱的，發(fā)電機(jī)輸出電能的波形為不對稱波形；

整流器，將發(fā)電機(jī)輸出的交流電轉(zhuǎn)化為直流電，以直流電作為電解電源；

冷卻器包括熱交換器、循環(huán)泵，第二熱交換器放置在電解槽處，第一熱交換器安置在外部，第一熱交換器與第二熱交換器之間設(shè)有循環(huán)泵，循環(huán)泵讓冷卻液在兩熱交換器中冷熱交換。

如圖1所示，電源發(fā)電機(jī)G所發(fā)出的電能是交流電，必需利用整流器C2轉(zhuǎn)換成直流電，控制器監(jiān)控電鍍槽D的電流與電壓輸出。工件B作為正極會由導(dǎo)電的夾具鎖好并放進(jìn)電解液A里，而負(fù)極則需要用鋁板。冷卻機(jī)P的作用是與冷卻器一起保持電解液A的溫度于攝氏4至25之間。另外，第一熱交換器H1和第二熱交換器H2與循環(huán)泵P/p是一個冷卻器。冷卻機(jī)P會把清水W保持著額定溫度，然后第一熱交換器H1和第二熱交換器H2會把清水W持續(xù)交替，維持著電鍍槽D里的溫度。冷卻器是用來保障電鍍槽D里的電解液A不受影響，就算第二熱交換器H2有任何泄漏也只會是小量的清水。本實(shí)施例中，整流器C2為普通的橋式整流器。

電源發(fā)電機(jī)定子上的發(fā)電線圈L的感生磁流路徑設(shè)計成開路型，感生磁流路徑變成多方向性，這令定子上的發(fā)電線圈L的感生電流的方向也成多路徑化。轉(zhuǎn)子上所有磁鐵體極性都是同一極性方向，并且發(fā)電線圈與磁鐵體的數(shù)目是需要相同和對稱的，如圖2所示；而發(fā)電機(jī)的輸出AC波形是不對稱的，是正負(fù)不對稱的正弦波組合波，如圖3所示。

磁鐵體的割切平面面積小于或等于發(fā)電線圈的圈芯面積，發(fā)電線圈的厚度小于磁鐵體的直徑。發(fā)電線圈至少設(shè)置二組以上，每組發(fā)電線圈繞成兩個感應(yīng)線區(qū)，兩個感應(yīng)線區(qū)之間相隔一個距離，該距離大于等于感應(yīng)線區(qū)的寬度。

采用本發(fā)明生產(chǎn)的產(chǎn)品氧化層比現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品氧化層更硬、更耐磨、附著力更強(qiáng)。