一种微弧氧化电解液及微弧氧化方法与流程

本发明属于金属表面处理技术领域，具体涉及一种微弧氧化电解液及微弧氧化方法。本发明还涉及臭氧发生器技术领域，尤其涉及用于板式臭氧发生器的电极板的微弧氧化处理的环保型电解液及其工艺方法。

背景技术：

微弧氧化技术是在阳极氧化的基础上发展起来的新型的材料表面处理技术。在一些微弧氧化中，轻金属在电解液及一定电场条件下，原位生长陶瓷氧化膜。该陶瓷氧化膜大大提高了轻金属基体的使用寿命。

然而，目前业界广泛使用微弧氧化处理的电解液配方多为碱性，这种碱性的电解液配方容易造成环保问题。例如cn107815718a公开了一种微弧氧化电解液及应用该电解液的镁合金表面处理方法，其电解液需要调节ph值为9-10。且当前所广泛采用的电解液造成成膜速度慢，且相关的微弧氧化的生产效率低下。

探索一种环保、高效的微弧氧化电解液及工艺是业界技术人员研究的课题。

此外，臭氧发生器在环保方面有很大的需求，其中板式臭氧发生器相比于其他类型的臭氧发生器而言具有其独特的优势。但是，板式臭氧发生器对于其零部件具有较为严苛的要求，尤其是其地电极及高压电极板由于要在极为狭窄的空间中进行高电压的电晕放电，因此常见的采用铝合金制造的地电极或高压电极板的性能还有缺憾，容易被臭氧等离子腐蚀。因此，还探索提供具有改善性能的板式臭氧发生器的地电极和高压电极板。

以上，除现有技术文献明确记载的内容外，上述背景技术仅为了便于了解本领域的相关技术，并不视作对现有技术的承认。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的在于为轻金属物件、尤其是臭氧发生器地电极板提供一种防腐、高效、环保型微弧氧化电解液及工艺方法。电解液不含环保限制元素、成分简单、成本低廉。

在一个技术方案中，提供一种微弧氧化电解液，包括如下组分及其重量配比：磷酸盐30-50g/l，硅酸盐为5-15g/l，成膜剂5-10g/l，溶于去离子水中，其中成膜剂为草酸盐。

在一个技术方案中，提供一种微弧氧化电解液，包括如下组分及其重量配比：磷酸盐30-50g/l，成膜剂5-10g/l和ph调整剂，溶于为去离子水中，其中成膜剂为草酸盐，ph调整剂为硅酸盐且其重量配比适于将所述电解液的ph值调整为7.0-8.0。

在一个实施例中，所述硅酸盐的重量配比为5-15g/l

在一个实施例中，所述的磷酸盐为六偏磷酸钠、焦磷酸钠中的一种或几种。在一个实施例中，所述的硅酸盐为硅酸钠和/或硅酸钾。在一个实施例中，草酸盐为草酸钛钾和/或草酸钛胺。

在一个技术方案中，提供一种制备根据本发明实施例所述的微弧氧化电解液的方法，将磷酸盐以30-50g/l的浓度加入去离子水中搅拌至完全溶解，然后加入硅酸盐搅拌溶解，再加入5-10g/l的浓度的成膜剂搅拌溶解，静置8-24小时后使用。

在一个技术方案中，提供一种微弧氧化方法，包括如下步骤：

将轻金属物件置入装有根据权利要求1至4之一所述电解液的电解槽内，物件接阳极或作为阳极，优选地被夹持在电解槽的阳极铜排上，不锈钢板做阴极；

接通微弧氧化电源以进行微弧氧化处理从而在所述轻金属物件表面形成致密的陶瓷氧化膜，优选地陶瓷氧化膜的厚度为10μm-15μm。

在一个实施例中，在微弧氧化处理时将电解槽内电解液温度保持在20-40℃。优选地，还包括开启制冷系统以在微弧氧化处理时将电解槽内电解液温度保持在20-40℃。

在一个实施例中，微弧氧化处理时间为10-20min。优选地，设定如下电参数，其中平均电流1-2a/dm²，占空比3-20％，频率500-1000hz，和/或电压450-650v。

在一个实施例中，在将轻金属物件置入电解槽之前还包括预处理步骤。优选地，所述预处理步骤包括将所述轻金属物件置入清洗槽内，优选通过超声波和/或酸除去表面油污及浮尘。

在一个实施例中，所述轻金属物件是铝、镁、钛和/或其合金物件，优选地为铝合金物件并用作臭氧发生器的板式地电极或高压电解板，更优选地具有100mmx50mmx2mm的尺寸。

本发明的一个实施例还提供了一种微弧氧化制膜的方法，包括下述步骤：

步骤(1)：将铝合金物件置入清洗槽内，除去表面油污及浮尘；

步骤(2)：将物件夹装完毕后挂在电解槽的阳极铜排上，并将物件置入装有本发明实施例所述电解液的电解槽内，物件接阳极，304不锈钢板做阴极。

步骤(3)：开启制冷系统，确保电解槽电解液温度保持在20-40℃；

步骤(4)：设定电参数，其中平均电流1-2a/dm²，占空比3-20％，频率500-1000hz；电压500-650v；氧化时间10-20min

步骤(5)：开启微弧氧化电源进行氧化处理。

在一个技术方案中，还提供了一种版是臭氧发生器的地电极，其具有铝合金基体和根据本发明实施例所述的微弧氧化方法制成的陶瓷氧化膜，优选厚度为10μm-15μm。

在一个技术方案中，还提供了一种版是臭氧发生器的高压电极板，其具有铝合金基体和根据本发明实施例所述的微弧氧化方法制成的陶瓷氧化膜，优选厚度为10μm-15μm。

本发明提供的电解液尤其适应于各种型号铝合金的微弧氧化处理，成膜速度快、膜层致密、膜层中不含有毒有害元素。此外，电解液可以主要由作为食品级添加剂的磷酸盐、硅酸盐、成膜剂等组成。

其中添加剂为磷酸盐，硅酸盐为ph调整剂，成膜剂为草酸盐。根据本发明提供的电解液，所述电解液中的磷酸盐为六偏磷酸钠或焦磷酸钠；硅酸盐为硅酸钠；草酸盐为草酸钛钾或草酸钛胺。

本发明所使用的添加剂为食品级，其余均化学纯。

与现有的微弧氧化相比，本发明公开的电解液及制膜方法制备的氧化膜致密多盲孔，具有良好的耐蚀及散热性。

与现有的板式臭氧发生器的铝合金地电极和/或高压电极板相比，使用本发明的微弧氧化制成的地电极和/或高压电极板，可使生产效率提高15-20％；臭氧的转化率提高10-20％。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中：

图1示出了根据本发明实施例1所述的微弧氧化工艺形成的陶瓷氧化膜的显微镜图片，其测定氧化膜厚度并显示出表面形貌。

图2示出了根据本发明实施例2所述的微弧氧化工艺形成的陶瓷氧化膜的显微镜图片，其测定氧化膜厚度并显示出表面形貌。

图3示出了一种板式臭氧发生器的板式地电极的形状构造。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明作进一步详细描述，但不应将其理解为对本发明保护范围的限制。

实施例1

制备步骤：

(1)配制电解液：将焦磷酸钠以40g/l的浓度加入去离子水中搅拌至完全溶解，然后加入作为成膜剂的草酸钛钾10g/l，再加入适量硅酸钠搅拌溶解以调整电解液ph为7-8。静置24h待用。

(2)制备牌号6061规格100x50x2mm铝合金合金试件。去毛刺，以酸清洗除去表面油污及浮尘。

(3)将试件夹装完毕后挂在电解槽的阳极铜排上，并将试件浸入电解液的液面以下，试件接阳极，304不锈钢板做阴极。

(4)开启制冷系统，确保电解槽电解液温度控制在40℃以下；

(5)电参数：平均电流1a/dm²；占空比3％，频率600hz，氧化终止电压控制在450v，氧化时间15min；

(6)开启微弧氧化电源进行微弧氧化氧化处理；

(7)氧化处理结束后，取出水洗、晾干。

测定的氧化膜厚度、及表面形貌如图1所示。

实施例2

制备步骤

(1)配制电解液：将六偏磷酸钠以50g/l的浓度加入去离子水中搅拌至完全溶解，然后加入作为成膜剂的草酸钛钾8g/l，再加入适量硅酸钠搅拌溶解以调整ph为7-8。静置24h待用。

(2)制备牌号5083规格100x50x2mm铝合金试件。去毛刺，超声波清洗除去表面油污及浮尘。

(3)将试件夹装完毕后挂在电解槽的阳极铜排上，并将试件置入装有上述电解液的电解槽的液面以下100mm处，试件接阳极，304不锈钢板做阴极。

(4)开启制冷系统，确保电解槽电解液温度控制在40℃以下；

(5)电参数：平均电流1a/dm²；占空比3％，频率1000hz，氧化终止电压控制在630v，氧化时间15min；

(6)开启微弧氧化电源进行微弧氧化处理。

(7)氧化处理结束后，取出试件并水洗、晾干。

测定的氧化膜厚度、及表面形貌如图2所示。

实施例3

制备步骤：

(1)配制电解液：将焦磷酸钠以50g/l的浓度加入去离子水中搅拌至完全溶解，然后加入作为成膜剂的草酸钛钾5g/l。再加入硅酸钠15g/l搅拌溶解，经测得ph值为7.9。静置24h待用。

(2)制备牌号5083规格100x50x2mm铝合金合金试件。去毛刺，酸清洗除去表面油污及浮尘。

(3)将试件夹装完毕后挂在电解槽的阳极铜排上，并将试件浸入电解液的液面以下。试件接阳极，304不锈钢板做阴极。

(4)开启制冷系统，确保电解槽电解液温度控制在40℃以下；

(5)电参数：平均电流2a/dm²；占空比3％，频率1000hz，氧化终止电压控制在650v，氧化时间10min；

(6)开启微弧氧化电源进行微弧氧化处理。

(7)氧化处理结束后，取出水洗、晾干。

实施例4

制备步骤：

(1)配制电解液：将六偏磷酸钠以30g/l的浓度加入去离子水中搅拌至完全溶解，然后加入作为成膜剂的草酸钛胺5g/l。再加入硅酸钠10g/l搅拌溶解，经测得ph值为7.6。静置24h待用。

(2)制备牌号5083规格100x50x2mm铝合金合金试件。去毛刺，超声清洗除去表面油污及浮尘。

(3)将试件夹装完毕后挂在电解槽的阳极铜排上，并将试件置入装有上述电解液的电解槽的液面以下100mm处，试件接阳极，304不锈钢板做阴极。

(4)开启制冷系统，确保电解槽电解液温度控制在40℃以下；

(5)电参数：平均电流1.5a/dm²；占空比10％，频率500hz，氧化终止电压控制在500v，氧化时间15min；

(6)开启微弧氧化电源进行微弧氧化处理。

(7)氧化处理结束后，取出水洗、晾干。

实施例5

制备步骤：

(1)配制电解液：将六偏磷酸钠以30g/l的浓度加入去离子水中搅拌至完全溶解，然后加入作为成膜剂的草酸钛胺8g/l，再加入适量硅酸钠搅拌溶解以调整电解液ph为7-8。静置24h待用。

(2)制备牌号6061规格形状如图3所示的铝合金合金试件。该铝合金试件的基本形状如图3所示。试件去毛刺，超声清洗除去表面油污及浮尘；

(3)将试件夹装完毕后挂在电解槽的阳极铜排上，并将试件浸入电解液的液面以下。试件接阳极，304不锈钢板做阴极。

(4)开启制冷系统，确保电解槽电解液温度控制在40℃以下；

(5)电参数：平均电流1.5a/dm²；占空比3％，频率1000hz，氧化终止电压控制在650v，氧化时间15min；

(6)开启微弧氧化电源进行微弧氧化处理；

(7)氧化处理结束后，取出水洗、晾干。

该经微弧氧化处理的试件可以用作板式臭氧发生器的地电极。如图3所示，板式地电极226可包括多个竖向的流体通道、在顶部连通两个流体通道的连通长形凹槽2206、在底部连通两个流体通道的连通长形凹槽2206。在所示的实施例中，板式地电极具有4个竖向的流体通道。在所示的实施例中，所述的流体通道均在单件式的板体中形成，且可借助于封堵加工孔2208的封堵元件被封闭端部。此外，所述流体通道借助于连通长形凹槽可在地电极中形成曲折的流动路径。地电极226的内侧表面上，可以在下部连通长形凹槽2206的右边，具有连通孔2203。此外，在地电极226的内表面形成有第一凹陷区2200。尽管未详细示出，还可在背面形成有第二凹陷区。所述凹陷区构造成用于容纳位于相邻的地电极之间的高压电极板，并相应地限定出反应气体的流动区域。在所示的实施例中，模块板在设置有第一凹陷区的表面还具有位于顶部的容纳槽2201，以便容纳高压放电单元的接头部。地电极226包括分别位于两侧边的贯穿的第一长孔和第二长孔2260、2261。由此，叠置的地电极的第一长孔和第一长形凹槽形成位于一侧边的长形进气腔，第二长孔和第二长形凹槽限定出位于相对侧边的长形排气腔。此外，在所示的实施例中还可具有以及位于进气腔和排气腔之间的众多气体流道。在凹陷区中，可以形成有横向于长孔的多个平面(微)凸台2204和在平面凸台2204之间的凹槽2205，由此平面凸台2204可以其平顶面抵接高压放电单元的介质板。

实施例6

制备步骤：

(1)配制电解液：将六偏磷酸钠以40g/l的浓度加入去离子水中搅拌至完全溶解，然后加入作为成膜剂的草酸钛胺10g/l，再加入适量硅酸钠搅拌溶解以调整ph为7-8。静置24h待用。

(2)制备如图3实施例的铝合金合金试件。试件去毛刺，超声清洗除去表面油污及浮尘；

(3)将试件夹装完毕后挂在电解槽的阳极铜排上，并将试件浸入电解液的液面以下。试件接阳极，304不锈钢板做阴极。

(4)开启制冷系统，确保电解槽电解液温度控制在40℃以下；

(5)电参数：平均电流2a/dm2；占空比20％，频率500hz，氧化终止电压控制在450v，氧化时间13min。

(6)开启微弧氧化电源进行微弧氧化处理；

(7)氧化处理结束后，取出水洗、晾干。

实施例7

制备步骤：

(1)配制电解液：将焦磷酸钠以30g/l的浓度加入去离子水中搅拌至完全溶解，然后加入作为成膜剂的草酸钛钾5g/l。再加入硅酸钠15g/l搅拌溶解，经测得ph值为7.8。静置24h待用。

(2)制备牌号5083规格形状如图3实施例所示的铝合金合金试件。试件去毛刺，超声清洗除去表面油污及浮尘。

(3)将试件夹装完毕后挂在电解槽的阳极铜排上，并将试件置入装有上述电解液的电解槽的液面以下100mm处，试件接阳极，304不锈钢板做阴极。

(4)开启制冷系统，确保电解槽电解液温度控制在40℃以下；

(5)电参数：平均电流1a/dm²；占空比10％，频率800hz，氧化终止电压控制在550v，氧化时间10min；

(6)开启微弧氧化电源进行微弧氧化处理。

(7)氧化处理结束后，取出水洗、晾干。

实施例8

制备步骤：

(1)配制电解液：将六偏磷酸钠以50g/l的浓度加入去离子水中搅拌至完全溶解，然后加入作为成膜剂的草酸钛钾10g/l。再加入硅酸钠5g/l搅拌溶解，经测得ph值为7.6。静置24h待用。

(2)制备牌号5083规格形状如图3实施例所示的铝合金合金试件。试件去毛刺，超声清洗除去表面油污及浮尘。

(3)将试件夹装完毕后挂在电解槽的阳极铜排上，并将试件置入装有上述电解液的电解槽的液面以下100mm处，试件接阳极，304不锈钢板做阴极。

(4)开启制冷系统，确保电解槽电解液温度控制在40℃以下；

(5)电参数：平均电流2a/dm2；占空比20％，频率1000hz，氧化终止电压控制在650v，氧化时间15min；

(6)开启微弧氧化电源进行氧化处理；

(7)氧化处理结束后，取出水洗、晾干。

对比例1

制备如实施例1所述的牌号6061规格100x50x2mm铝合金合金试件，不进行表面处理。

对比例2

制备如实施例5所述的牌号6061且如图3所示的铝合金试件，不进行表面处理。

测试

下表1给出了各个实施例中成膜厚度、成膜时间的数值，以及各实施例和对比例在相同的板式臭氧发生器中工作24h所产生的腐蚀比例。其中，氧化膜厚度采用fy2010型号非磁性覆层测厚仪测定，按膜层的平均厚度计。实施例1-4和对比例1中的试件用作高压电极板，实施例5-8和对比例2中的试件用作地电极。腐蚀比例按与臭氧和反应气体的有效接触面积算)。

表1

本领域的技术人员可以明白根据本公开的实施例所述的方法及其步骤可以在不矛盾的情况下应用于根据本公开的实施例所述的装置、设备中形成新的装置、设备实施例。反过来，针对本公开实施例所述的装置或设备所描述的方法、程序、步骤也可以在不矛盾的情况下结合到本公开的实施例的方法中形成新的方法实施例。

已参考上述实施例具体示出并描述了本发明的示例性装置、系统及方法，其仅为实施本系统及方法的最佳模式的示例。本领域的技术人员可以理解的是可以在实施本系统及/或方法时对这里描述的系统及方法的实施例做各种改变而不脱离界定在所附权利要求中的本发明的精神及范围。所附权利要求意在界定装置、系统及方法的范围，故落入这些权利要求中及与其等同的系统及方法可被涵盖。