专利名称：阳极化方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于对由铝或铝合金制成的工件进行阳极化的方 法以及执行该方法的装置。
背景技术：
通常，由铝或铝合金制成的部件(例如各种外部元件和结构性元 件，包括内燃机的活塞和气缸、液压-气压活塞和气缸)都要进行阳极 化，以在该部件的表面上形成阳极化膜(防蚀钝化铝)，目的是提高耐 腐蚀、耐磨能力或者出于颜色的考虑。
进行阳极化处理时，主要采用直流阳极化处理，在这种处理中， 电解处理是通过在工件(阳极)浸入电解液的状态下、在工件和阴极 之间施加直流电压而完成的。在直流阳极化处理中，为了防止燃烧，
该处理通常在工件表面区域的电流接近约3A/dm2时进行。
在这种处理中，每单位时间形成的膜厚度(即，膜生长速度)通 常较低例如，膜生长速度对于膨胀材料或AC材料来说不高于1.0 jum/min,对于含有7.5%或更多Si的ADC材料来说不高于0.5 ja m/mm。因此，根据工件的数量，对于一个处理循环需要20至40分 钟的时间。而且，由于含有的合金部件的影响，因而在膜中容易产生 缺陷，并在在缺陷部还出现了发生腐蚀的问题。
在日本专利文献JP04-198497A中，除了电流控制之外，还通过采 用专用夹具的掩模以将电解液集中在工件的一部分中，从而实现强制 对流和强制冷却，这样，对于AC材料实现了 13|am/mm的膜生长速 度，同时限制了膜的燃烧和熔化。然而，很难将这种技术应用到大的 部件以及形状复杂的部件上。
对于上述的直流阳极化处理，已经尝试通过将交流电压或者直流 和交流叠加的电压施加到工件和阴极之间来进行阳极化(参考日本专利文献JP06-167243A、 JP57-169099A、 JP49-023978D023978B以及 JP62-253797A )。所有上述出版物都仅描述了位于商业频率级别的实 例。在这种低频区域内的阳极化处理中，电流密度较低，并且没有显 著地提高处理速度和处理品质。
本发明人发现了 一种处理方法，该方法用于快速形成高品质的阳 极化膜，而不受合金部件的影响，这是通过交替地重复施加周期非常 短的正电压及去除电荷实现的，如日本专利文献JP2006-83467A中所 述。在这种方法中，因为电荷去除导致升温受到抑制，因此，膜生长 速度对于AC材料达到7.5 ji m/min，对于含有7.5%或更多Si的ADC 材料达到4 ju m/min或更高，对于铸造表面达到2 ju m/min或更高，并 且减少了膜中的缺陷。
发明内容
如上所述，在阳^l化处理中，交替地重复利用高频^^沖电压施加
点。然而，在实际处理过程中，当同时处理许多部件时或者当处理大 部件时，为了确保膜生长速度，必须施加与处理表面积的增加成正比 的高压，因此，增加了供电单元上的负荷。
因此，在由供电单元允许的电压和频率范围内，根据处理表面积 确定优化的且必要的最小电压和频率、同时维持处理速度和处理品质 是很重要的。即使电压和频率不合理地增加，供电单元上的负荷增加， 处理品质也不会下降。然而，即使试验性处理条件可以在有限的处理 环境中用实验方法确定，也还没有能够在不依靠工件的形状以及待处 理工件的数量的情况下定性地确定优化处理条件的评估参考以及方 法。
考虑到上述问题，因此，本发明的目的在于提供一种阳极化方法 及装置，其中在通过交替地重复对时间周期非常短的正电压的施加以 及对电荷的去除的阳极化处理中，可以在不依靠工件的形状以及待处 理工件的数量的情况下定性地确定最适于工件的正电压施加时间和脉 沖频率，并可以提高处理速度和处理品质。为了解决上述问题，本发明的研究人员进行广泛研究，最终，他 们在实-睑上发现，在通过交替地重复对时间非常短的正电压的施加以 及对电荷的去除进行的阳极化处理中，尽管在施加正电压之后阳极化 膜中流动的电流突然立即增大，但是电流在短时间周期内相反地减小， 并且在一定时间之后，仅有很少量的电流流动。本发明的研究人员发 现，可以在不依靠工件的形状以及待处理工件的数量的情况下定性地 确定最佳处理条件，并提出了本发明。
本发明提供了 一种阳极化方法，其中由铝或铝合金制成的工件浸 入电解液，并且在所进行的处理中，在所述工件和设置在所述电解液 中的阴极之间交替地重复对时间周期非常短的正电压的施加以及对电
荷的去除，所述方法包括以下步骤在试验性循环中重复对正电压的 施加以及对电荷的去除，测量电流波形在正电压施加周期的控制点到 达时间，并且基于所述控制点到达时间确定标准正电压施加时间；以 及在与所述标准正电压施加时间相对应的循环中重复对正电压的施加 以及对电荷的去除，并且在所述工件的表面上形成阳极化膜。
在所述工件和所述阴极之间交替地重复施加时间周期非常短的正 电压以及去除电荷的阳极化处理中，阳极化膜^义对于正电压施加周期 形成。然而，已经公知的是，通过由在电荷去除时期的负电压施加或 者短路将积累在膜中的电荷一次去除，阳极化膜还可以在正电压施加 周期形成，以使得与DC阳极化相比，可以引起每单位时间的大量电 荷，以对阳才及化估文出贡献。
然而，即使对于正电压施加周期，也4又在刚刚施加正电压之后的 一定时期内有较大电流在阳极化膜中流动。在较短时间周期内达到峰， 然后电流开始减小。在一定时间之后，仅有4艮少量的电流流动。电流 在施加正电压之后达到峰值表示在达到峰之前膜的阻抗较低，并且达 到峰之后膜的阻抗突然增大。
上述情况的原因被认为是存在以下两个过程在一个过程中，电 解液中的阴离子通过施加正电压透入阳极化膜的阻挡层，因而电流流 动，从而进行铝基质的氧化；在另一个过程中，阴离子积累在阻挡层 中并且妨碍新的阴离子进入该阻挡层，因此阻抗增大，从而使电流更不易于流动。相反，认为在电荷去除时，透入阻挡层中的阴离子被释 放到电解液中，从而引起电流流动，并且当释放结束时，电流变得更 不易于流动。
因此，如果将正电压施加周期限制为较大电流在阳极化膜中流动 的时期(即，如果在较大电流在阳极化膜中流动的时期内停止施加正 电压)，并且使该过程快速地转变至电荷去除时期，那么该处理可以在 更短的时间周期内进行。
此外，在上述的交替地重复施加时间周期非常短的正电压以及去 除电荷的阳极化处理中，经试-睑证明，电流在施加正电压之后达到峰 值的时间主要取决于工件的表面积，并且即 -使改变所施加的电压以及 重复施加正电压和去除电荷的循环，该时间也是常量。上述事实符合 上述关于电流的考虑，并进一步优选地具有以下优点，即，可以在不 依靠工件的形状以及待处理工件的数量的情况下定性地设定最适于工
件的正电压施加时间和与该正电压施加时间相对应的循环。
在阳极化处理中，进行了在试验性循环中交替地重复施加正电压 及去除电荷的预处理，此时，监视阳极的电流波形，并且如下文所述 地在正电压施加周期测量电流波形的控制点到达时间。
图2示出了在一个试验性循环中阳极的电流波形(A)。在图2中， 在施加了由虚线表示的正电压脉冲之后，由实线表示的电流波形(A) 立即突然上升，并达到&奪(P)。而后，与上升时间相比，电流逐渐地 略微减小，并变为在近似零的附近平衡的状态。然后，结束正电压施 加，在未示出的间隔之后施加负电压，从而将积累在阳极化膜中的电 荷释放。
作为用于从上述电流波形(A)检测具有有助于阳极化的有效振 幅的部分的方法，设定比减小并到达平衡态的电流值更大的阈值，并 测量直到达到该阈值(控制点)的时间。例如，可以认为该阈值通过 峰值与作为参考的峰值的比率来设定。或者，还可以测量超过阈值的 时间本身。
然而，通过另一实验证实了即使在停止施加正电压并且该过程在 电流波形(A)仍然具有足够大的振幅时(即，当电解电流仍然充分流动时)在较小间隔后转变至电荷去除的情况下，也提高了处理速度 和处理品质。因此，基于具有电流波形的峰(P)的峰到达时间(tc) 优化正电压施加时间是实际的，其中峰到达时间(tC)能够响应于这 些情况并能够作为控制点容易地检测。
在本发明中，优选地，在试验性循环的正电压施加周期，控制点 到达时间为电流波形的峰到达时间(tC)，即，控制点为电流波形的峰。 在这种情况下，在确定所述标准正电压施加时间的步骤中，优选地在
所述峰到达时间(tc )的0.6至3倍的范围内确定所述标准正电压施加 时间(T)。而且，在进行处理速度优先的处理的情况下，优选地在所 述峰到达时间(tc)的1至3倍的范围内确定所述标准正电压施加时 间(T)。
同样，在进行处理质量优先的处理的情况下，优选地在所述峰到 达时间的0.6至1.5倍的范围内确定所述标准正电压施加时间，并且在 所确定的标准正电压施加时间的平均电流值不超过最大平均电流值的 范围内增大供给电压。
最大平均电流值通过确定以下情况而发现在一种情况下，正电 压施加时间不短于峰到达时间，即，在这种情况下，电流波形的峰位 于正电压施加时间之内，存在正电压施加时间，在此时，由在已经到 达J^后电流减小的性质^吏平均电流最大；在一种情况下，正电压施加 时间早在达到最大平均电流之前结束，可以在正电压施加时间之外供 给相应的电荷。
上述的最大平均电流值可以由实际测量的值确定，还可以由基于 电流波形的算法处理确定。而且，因为已经通过实验发现电流波形在 平均电流值最大的情况下的形状近似为正弦曲线，在所述峰到达时间 的0.6至1.5倍的范围内确定所述标准正电压施加时间的情况下，可在 不超过两倍于峰到达时间的正电压施加时间的平均电流值的范围内增 大供给电压。
此外，在本发明中，还可以进行以下步骤在利用设定的正电压 的阳极化处理之前进行减缓处理，用于将正电压从处理开始时的低于以及在所述减緩处理的过程中确定所述标准正电压施加时间。此时， 优选地，所述阳极化方法还包括以下处理，用于由在所述减緩处理时 期测量的峰到达时间以及在测量时的正电压值来预测电压增加至所述 设定的正电压的状态的峰到达时间。
而且，在本发明中，电流波形的所述控制点到达时间可以为在达 到电流波形的峰之前或之后、电流值达到预定的阈值(控制点)的时 间。
而且，为了执行上述阳极化方法，本发明提供了阳极化装置，包
括处理罐(l)，用于存储电解液(10);阴极(2)，置于所述处理罐 中；以及倒相器供电单元(4, 43),能够通过切换直流电源，发出高 频脉沖电压，并且所述倒相器供电单元还能够改变正电压施加周期和 电荷去除周期，其中，进行以下处理在由浸入所述电解液的铝或铝 合金制成的工件(11)和所述阴极之间交替地重复对时间周期非常短 的正电压的施加以及对电荷的去除，其中，所述阳极化装置还包括 电流监控设备(44, 54)，用于监视从所述倒相器供电单元引导至所述 工件的功率传输线的电流；以及测量设备(53a， 54, 51),用于测量 在由所述电流监控设备得到的电流波形的正电压施加周期、与所述倒 相器供电单元的切换同步的控制点到达时间，并且能够基于所述控制 点到达时间设定或改变正电压施加时间。
优选地，所述控制点到达时间为电流波形在所述试验性循环中所 述正电压施加周期的峰到达时间。而且，电流波形的所述控制点到达 时间可以为在所述试验性循环中所述正电压施加周期，在达到电流 波形的峰之前或之后，电流值达到预定的阈值的时间。
在本发明中，由于应用了上述阳极化方法，因而可以在不依赖于 工件的形状以及待处理工件的数量的情况下，定性地设定最适于工件 的正电压施加时间和脉冲频率，并可以提高处理速度和处理品质。而 且，在供电单元允许的电压和频率范围内，可确定根据处理表面积的 最佳且必需的最小电压和频率，同时维持了处理速度和处理品质。因 此，可以减少供电单元上的负荷。
在本发明中，如果在所述峰到达时间的0.6至3倍的范围内确定所述标准正电压施加时间，并且在所确定的标准正电压施加时间的平 均电流值不超过作为所述峰到达时间二倍的正电压施加时间的平均电 流值的范围内增大供给电压，那么该阳极化方法的优点在于在得到较 厚膜的情况下提高处理速度的同时维持处理品质。
在本发明中，如果进行以下步骤在利用设定的正电压的阳极化 处理之前进行减緩处理，用于将正电压从处理开始时的低于所设定的
正电压的正电压连续地或逐步地增加至所述设定的正电压；以及在所 述减緩时期之后，立即在所述减緩处理的过程中确定所述标准正电压 施加时间，那么该过程可以转变为利用标准正电压施加时间的阳极化 处理，从而可以总体上缩短处理时间。
图1为根据本发明的实施方案的阳极化装置的配置图2为示出了在试验性循环中阳极的电流波形和供给电压的曲线
图3为示出了电压施加时间/电流峰达到时间和膜厚度之间的关系
以及电压施加时间/电流峰达到时间和膜波动之间的关系的曲线图； 图4为示出了电压施加时间/电流峰达到时间和膜厚度之间的关系
以及电压施加时间/电流峰达到时间和平均电流之间的关系的曲线图； 图5为示出了被处理的表面积和平均电流之间的关系的曲线图； 图6为示出了在被处理的表面积不同的情况下电压施加时间Z电流
峰达到时间和平均电流之间的关系的曲线图7为示出了在试验性循环中电流波形和电压波形的曲线图； 图8为示出了在处理速度优先的设定中电流波形和电压波形的曲
线图9为示出了在处理速度和处理品质都确保的设定中电流波形和 电压波形的曲线图10为示出了在处理品质优先的设定中电流波形和电压波形的 曲线图11所示的曲线图示出了图7至图IO中示出的电流波形，电流波形在同 一时间轴上以重叠的形式示出；以及
图12为示出了在工件表面积不同的情况下施加的电压和电流峰 达到时间之间的关系的曲线图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的实施方案进行详细描述。
图1为根据本发明的实施方案的阳极化装置的配置图。在图1中，
阳极化装置主要由以下几部分构成用于存储电解液10的处理罐1、 置于处理罐1中的阴极板2、用于在工件11浸入电解液10的位置支 撑由铝或铝合金制成的工件11的支撑件、用于进行处理的供电单元4、 以及控制单元5,在该处理中，通过将周期非常短的双极脉冲电压施 加至工件11和阴4及寺反2之间而交替地重复施加时间周期非常短的正电 压以及去除电荷。
供电单元4包括用于正电压的直流电源41及用于负电压的直流电 源42,直流电源41和42都连4妻至工业用电频率的主交流电源40，供 电单元4还包括倒相器单元43,倒相器单元43用于切换由直流电源 41及42提供的直流电压和电流。倒相器单元43包括诸如绝缘闸双极 晶体管(IGBT)的开关元件、钳位电路及保护电路，并且倒相器单元 43由控制单元5的开关控制部件53控制。
控制单元5包括用于设置阳极化参数并控制阳极化的主控部件 51、用于正电压的直流电源41和用于负电压的直流电源42的电压控 制部件52、用于倒相器单元43的开关控制部件53、以及用于处理电 流的监控部件54。监控部件54监视由设置在阳极侧的电流检测器44 所才全测到的电流时间改变，并可以测量从开始施加正电压时到下文描 述的电流波形的控制点达到与开关控制部件53发出的触发信号53a 同步时所需的时间(控制点到达时间)，并且监控部件54可以由能够
执行包含这些进程的程序的计算机配置。
对于电解液IO，可用到稀释硫酸、草酸、磷酸、铬酸等。然而， 电解液10并不限于上述酸，可使用用于普通阳极化的电解液，例如， 二元酸浴、二元酸和有才几酸的混酸浴或碱浴。^威浴可包含碱土金属的金属化合物。碱浴可选地包含硼化物或氟化物。而且，阴极板2的材 料不受任何特殊限制，而且可使用已被常规地用于阳极化的电极材料， 如碳板、钛板、不锈钢板、铅板或铂板。
当阳极化处理开始时，将所提供的电压、膜电荷去除电压、处理 时间、减緩时间和处理模式预先输入主控部件51。减缓时间为緩慢地 将电压提高至设定供给电压的时间，以防止在阳极化的早期阳极化膜 尚未形成的状态下流入过大的电流。
对于处理模式，可根据所需的膜特性选择处理速度优先的高速处 理模式、膜表面的光滑度优先于处理速度的高质量处理模式、介于两 者之间的中间处理模式等等。例如，通过输入百分数值或通过选择开 关输入处理模式。通过这些处理模式的选择，改变了标准的正电压施 加时间及负电压施加时间(膜电荷去除时间)相对于电流波形的控制 点到达时间的设定参考。
根据工件11的尺寸及形状、同时处理的工件11的数量等等，对
应于每一处理模式的最佳正电压施加时间是不同的。因此，在进行处
理之前，进行阳极化测试，并且通过使用监控部件54测量电流波形的 控制点到达时间，从而由控制单元5执行运算处理，通过该运算处理， 如下文所述，基于控制点到达时间来确定对应于每一处理模式的标准 正电压施加时间。
在阳极化测试中，进行阳极化处理并测量到达电流波形的峰(P) 的到达时间(tc),这样就基于该峰到达时间(tc)确定了标准正电压 施加时间(T),其中在该阳才及化处理中，在通过经-验设定的试验性循 环中交替地重复施加正电压及去除电荷，电流波形的峰(P)为在正电 压施加周期内在电流波形中普遍存在的控制点。在减緩时期内也可以 进行这样的条件设定处理。最终的峰到达时间(tc)可以基于在执行 条件设定处理时的供给电压值以及最终供给的电压值来预测。该预测 在下文中描述。
图2示出了在阳极化处理中由电压检测器45检测的所施加的电压 (V )和由电流检测器44检测的电流波形(A )，在该阳极化处理中， 在试验性循环中交替地重复施加正电压及去除电荷。在开始正电压施加之后，由于施加的电压(V)立即产生电流流动，并且电流波形(A) 突然上升。然而，立即到达峰(P)且电流开始减小，随后，如前所述， 只有低水平电流流动。在传统的直流阳极化处理中，在该低电流值处 进行处理。然而，到正电压施加和负电压施加结束时，去除了充电电 荷，并且再次由正电压施力。引起高水平电流流动。
电流波形(A)在正电压施加周期具有振幅的部分可称为阳极化 为活性的时期。然而，由于电流波形(A)的下降曲线有些变化，因 而未必易于选取该时期本身。另一方面，如果处理相同的工件ll，那 么即-使正电压施加时间改变，出现在电流波形(A)中的峰到达时间 (tc)也是常量。因此，为了由峰到达时间(tc)确定适当的正电压施 加时间(T)，通过在峰到达时间(tc)的0.5至5倍的范围内改变正 电压施加时间(T)来进行阳极化处理，并进行在这些情况下对膜厚 度和膜性质进行比较的实验。
在上述实验中，通过使用作为电解液的10。/。体积的碌b酸、施加双 极脉沖电压的40V的供给电压(正电压)和-2V的电荷去除电压、 周期为50至500 jus (峰到达时间(tc)的0.5至5倍)且停止时间设 置为20/xs，对由铝材料(ADC 12)形成的工件11进行五分钟的阳^L 化。
在图3的曲线图中，横坐标表示将正电压施加时间除以峰到达时 间得到的值(T/tc),纵坐标(左侧，实线)表示膜厚度(Mm),而纵 坐标(右侧，虚线)表示作为膜性质指标的波动(Wa) (pim)。波动 (Wa)为横截面曲线的算术平均高度，即，对相对于参考长度内横截 面曲线的中心线的绝对值进行积分而得到的值。
在图3中，横坐标为2.0的点(在该点获得最厚的膜)表示的情 况为正电压施加时间(T)为峰到达时间(tc)的二倍。因此，可以看 出，在峰到达时间(tc) 二倍的点处结束正电压施加，从而可以有效 地选取阳极化为活性的时期。尽管该处理仅为五分钟，但该样品的膜 厚度达到了 17pm，从而使获得的膜厚度为进行相同处理周期的直流 阳极化处理情况下得到的2.5 u m膜厚度的六倍或更多。
可以说即使在正电压施加时间(T )为峰到达时间(tc )的二倍或更多的情况下也获得了足够厚的膜。然而，应该注意到的是膜厚度略 有下降。这种较长时间周期的正电压施加并未有助于膜的进一步变厚， 但具有的优点是能够减少供电单元4上的负荷。此外，保持了良好的
波动(Wa),约为相同条件下进行直流阳极化处理的波动的一半(1.5 nm)。然而，对于较长时间周期(例如超过峰到达时间(tc)的三倍) 的正电压施加，频率降低，从而使得膜形成速度降低。
另一方面，在正电压施加时间(T)为峰到达时间(tc)的二倍或 更少的情况下，可以说膜厚度大约与正电压施加时间成正比地降J氐， 此外，供电单元4上的负荷根据短周期增加。然而，即使在正电压施 加时间(T)比峰到达时间(tc)短的情况下，即，正电压施加在到达 电流波形的峰值之前结束，仍可以得到与通过直流阳极化处理获得的 膜厚度相等或更厚的膜厚度，此外，波动(Wa)趋向于随正电压施加 时间(T)变短而减小。因此，可以看出比峰到达时间(tc)更短的正 电压施加时间在处理品质优于处理速度的情况下是有效的。
通过上文的描述，可以说如果在峰到达时间(tc)的1至3倍(zl ) 的范围内选取正电压施加时间(T),那么可以通过短时间阳极化处理 得到高质量的厚膜。当在选取范围内考虑处理速度或供电单元4上的 负荷时，在J^到达时间(tc)的1.5至2.5倍(z2)范围内的正电压施 加时间尤为适合。在处理品质优先的情况下，在峰到达时间(tc)的 1.0至1.5倍(z3)范围内的正电压施加时间是适合的。
在比峰到达时间(tc)更早地较早结束正电压施加的情况下，所 有能够供给至阳极化层(铝阳极化膜界面)的电荷都不被供给。换句 话说，所建议的是因为阳极化层中的电荷并未饱和，因而可以在较短 的正电压施加周期内再施加电荷。
图4中的曲线图为平均电流值的曲线图加入到图3的曲线图。膜 厚度和平均电流呈现出相同的趋势，在正电压施加时间(T)比峰到 达时间(tc)的二倍略长的情况下， 一个循环的正电压施加周期的平 均电流为最大。也就是说，最大平均电流值和正电压施加时间的乘积 可以被认为是能够在一个循环的正电压施加周期内供给至阳极化层的 电荷的总容量。因此，在峰到达时间(tc)的0.6至1/5倍(图3中的Z4)的范围内选耳又正电压施加时间(T)的情况下，可以说即使供给的 电压(正电压)增加的范围使得在该时间周期内的平均电流值并未超 过最大平均电流值，电荷也未饱和。通过另一实验证实可以通过对所 供给的电压进行修正而获得大的膜厚度，同时保持良好的膜性质。
接下来，为了4企验平均电流和被处理表面积之间的关系，通过改 变同时处理的工件(汽车引擎的活塞和盖)的数量来进行上述的相同 的阳极化处理，并且确定了正电压施加时间和此时的平均电流之间的
关系。图5示出了该结果。图5的曲线图表示当处理的表面积增大时，
平均电流的峰位于正电压施加时间更长的部分中，并且需要更多的时 间来将电荷填充到阳极化层中。
另一方面，图6是横坐标表示将正电压施加时间(T)除以峰到 达时间(tc )得到的值(T/tc )的曲线图。图6示出了无论被处理的表 面积如何，在一个循环的正电压施加周期，平均电流都在正电压施加 时间(T)约为峰到达时间(tc)的二倍的点达到最大。
通过上述的结果，证实了考虑处理速度和处理品质的适当正电压 施加时间可以基于峰到达时间(tc)来选取，而不管工件的数量以及 处理的表面积。
图7至图IO分别示出了在上述实验中的每一正电压施加时间(T) 处由电流检测器44和电压4企测器45实际4企测到的电流波形A和电压 波形V。在上述附图中，图7示出了当周期为1000pm且正电压施加 时间(T )为480 ja m (对应于在试验、性循环中交替地重复S4加正电压 及去除电荷的阳极化处理)时的电流波形(A)和电压波形V。因为 正电压施加时间(T )的长度约为电流波形的3 1 n m的峰到达时间(tc ) 的16倍，因而包括了电流几乎不流动的很多时间周期。然而，通过五 分钟的阳极化处理得到的膜厚度为6.0 n m。
图8示出了当将周期设定为200jum并将正电压施加时间(T)设 定为80 ja m (即，J奪到达时间(31 ja m )的2.7倍)时进行的阳极化处 理的电流波形(A)和电压波形V。也就是i兌，正电压施加在80 jam (与T/tc=2.7对应)处结束，并且在20fi m的间隔之后，该过程变为 去除电荷。在电流波形中，并不存在如图7中所示的电流几何不流动的部分。通过五分钟的阳极化处理得到的膜厚度增至15.0 jam。
图9示出了当将周期设定为143Mm并将正电压施加时间(T)设 定为51(im(即，峰到达时间的1.7倍)时进行的阳^f及化处理的电流 波形(A)和电压波形V。也就是说，虽然电流波形的峰值已经通过， 但是正电压施加在仍然存在足量电流的T/tc=1.7时间处停止，并且在 20jum的间隔之后，该过程变为去除电荷，波形的形状近似于正弦曲 线。通过五分钟的阳极化处理得到的膜厚度达到17.0(am的最高值。 图IO示出了当将周期设定为100jim并将正电压施加时间(T) 设定为30(im (几乎等于峰到达时间)时进行的阳极化处理的电流波 形(A)和电压波形V。也就是说，虽然正电压施加在靠近电流波形 的峰值T/tc=1.0的点处停止，但是通过五分钟的阳极化处理得到的膜 厚度为9.0nm。因为以非常短的周期进行切换，因而与其它实施例相 比，在电压波形中出现噪声。然而，电流波形并没有较大的失调，膜 性质符合良好的实验结果。
图11中的曲线图示出了图7至图10中示出的电流波形，这些电 流波形在同 一时间轴上以重叠的形式示出。T/tc = 1.7与处理速度和处 理品质平衡的设定相对应，T/tc= 1.0与处理品质优先的设定相对应， 而T/tc = 2.7与处理速度优先的设定相对应。清楚地示出了与基于峰到 达时间(tc)的正电压施加时间(T)的每一处理才莫式相对应的典型设 定。
通过本发明的阳极化处理得到的膜形成速度对于膨胀材料和AC 材料不低于13 |am/min,对于含有7.5%或更多Si的ADC材料的机 才成力口工面不"f氐于6.0 M m/min, 甚至对于铸造表面不低于3.4jam/min。 考虑到传统的直流阳极化处理中的膜形成速度对于膨胀材料和AC材 料不高于l.Ojum/mm,对于含有7.5%或更多Si的ADC材料不高于 0.5jum/min,可以说明显地增大了膜形成速度。
接下来，为了证明当在减緩时期进行基于峰到达时间(tc)设定 正电压施加时间(T)的上述过程时的有效性，进行了实验以检验对 于六组样品nl至n6(每组均具有不同的处理表面积)施加的电压(V) 和山奪到达时间(tc )之间的关系。对于样品nl至n6，处理的表面积(一个部件的表面积x数量)在对样品数量升序时增大。
图12为示出了实验结果的曲线图。通过该结果，可以证明随着施 加的电压(V)的增大，峰到达时间(tC)减少，峰到达时间(tC)减 少的趋势在施加的电压(V)的上升侧减小。这些曲线示出了基本上 峰到达时间(tC)与施加的电压(V)成反比，并示出了在最终的供给 电压值处的峰到达时间(tc)可以由减緩时期的瞬时供给电压值处的 峰到达时间(tc)预测。
此外，峰到达时间(tc)的减少的速度通常低于施加的电压(V) 的上升。对于处理的表面积相对较小的样品nl和n2,峰到达时间(tc) 在30至50V的施加电压处几乎不改变。因此，当处理的表面积相对 较小时，如果峰到达时间(tc)在减緩时期的最后阶段处(例如，在 瞬时供给电压值大约达到最终供给电压值的80%的点处)确定，那么 考虑了处理速度和处理品质的适当的正电压施加时间可以基于峰到达 时间(tc)已确定的值来确定。
而且，因为峰到达时间的曲线近似接近于直线，所以如果峰到达 时间(tc)在减緩时期内测量至少两次，那么在最终供给电压值(V3) 处的峰到达时间(tc3)可以通过测量时的供给电压值(V,, V2)和峰
到达时间(tCM tC2)共线近似而确定。如果在减緩时期的过程中测量
峰到达时间的次数增加，那么将进一 步增强近似的精度。
如果最终供给电压值处的到达时间可以在减緩时期内确定并且 考虑了处理速度和处理品质的最终正电压施加时间(T)可以基于所 确定的峰到达时间的值而确定，那么该过程可以转变至与减緩时期内 的该正电压施加时间(T)相对应的时期。在这种情况下，该过程从 试验性电压施加周期逐渐地或逐步地转变为标准电压施加周期，从而 可以减少供电单元上的负荷。
以上是对本发明实施方案进行的描述。然而本发明并不限于上述 实施方案，基于本发明的技术概念，可进一步形成各种变形和改变。
在上述实施方案中，已经描述了电流波形的控制,泉作为峰到达时 间(tc)并且基于峰到达时间(tc)设定与每一处理模式相对应的正电 压施加时间(T)的情况。然而，代替测量峰到达时间(tc)，适当地设定电流的阈值并测量达到该阈值的时间，或者测量电流超过该阈值 的时间本身，这样可以基于所测量的时间来设定正电压施加时间(T)。
在这种情况下，例如，阈值可以由电流的峰值比率来设定。
而且，在上述实施方案中，已经描述了这样的情况，即，考虑供 电单元4上的负荷来进行设定，以使得正电压施加时间和由于负电压 施加所造成的膜电荷去除时间彼此相等。然而，在一个循环中的正电 压施加时间和电荷去除时间可以彼此不同。此外，还々支设了在膜电荷 去除时间处的负电压为零的情况(即，电荷去除并未确定地完成)。在 这种情况下，去除电荷的效果降低，从而优选地在膜电荷去除时间施 加负电压。
权利要求
1. 一种阳极化方法，其中由铝或铝合金制成的工件浸入电解液，并且在所进行的处理中，在所述工件和设置在所述电解液中的阴极之间交替地重复对时间周期非常短的正电压的施加以及对电荷的去除，所述方法包括以下步骤在试验性循环中重复对正电压的施加以及对电荷的去除，测量电流波形在正电压施加周期的控制点到达时间，并且基于所述控制点到达时间确定标准正电压施加时间；以及在与所述标准正电压施加时间相对应的循环中重复对正电压的施加以及对电荷的去除，并且在所述工件的表面上形成阳极化膜。
2. 如权利要求1所述的阳极化方法，其中所述控制点到达时间为 在所述试验性循环中所述电流波形在所述正电压施加周期的峰到达时间。
3. 如权利要求2所述的阳极化方法，其中在确定所述标准正电压 施加时间的步骤中，在所述峰到达时间的0.6至3倍的范围内确定所 述标准正电压施力口时间。
4. 如权利要求2所述的阳极化方法，其中在确定所述标准正电压 施加时间的步骤中，在所述峰到达时间的1至3倍的范围内确定所述 标准正电压施力口时间。
5. 如权利要求2所述的阳极化方法，其中在确定所述标准正电压 施加时间的步骤中，在所述峰到达时间的0.6至1.5倍的范围内确定所 述标准正电压施加时间，并且在所确定的标准正电压施加时间内的平 均电流值不超过最大平均电流值的范围内增大供给电压。
6. 如权利要求2所述的阳极化方法，其中在确定所述标准正电压施加时间的步骤中，在所述峰到达时间的0.6至1.5倍的范围内确定所述标准正电压施加时间，并且在所确定的标准正电压施加时间内的平 均电流值不超过在作为所述A奪到达时间二倍的所述正电压施加时间内 的平均电流值的范围内增大供给电压。
7. 如权利要求2所述的阳极化方法，其中所述阳极化方法还包括 以下步骤在利用设定的正电压进行阳极化处理之前，进行减緩处理，以用 于将正电压从处理开始时低于所述设定的正电压的正电压连续地或逐 步地增加至所述设定的正电压；以及在所述减緩处理的过程中，确定 所述标准正电压施加时间。
8. 如权利要求7所述的阳极化方法，其中所述阳极化方法还包括 以下处理用于由在所述减緩处理的过程中测量的所述Jf到达时间以及在测 量时的正电压值来预测在电压增加至所述设定的正电压的状态中的峰 到达时间。
9. 如权利要求1所述的阳极化方法，其中所述电流波形的所述控 制点到达时间为在达到电流波形的峰之前或之后、电流值达到预定的 阈^直的时间。
10. —种阳极化装置，包括 处理罐，用于存储电解液； 阴极，置于所述处理罐中；以及倒相器供电单元，能够通过切换直流电源，发出高频脉冲电压， 并且所述倒相器供电单元还能够改变正电压施加周期和电荷去除周 期，其中，进行以下处理在由浸入所述电解液的紹或铝合金制成的 工件和所述阴极之间交替地重复对时间周期非常短的正电压的施加以 及对电荷的去除，其中，所述阳极化装置还包括电流监控设备，用于监视从所述 倒相器供电单元引导至所述工件的功率传输线的电流；以及测量设备， 用于测量在由所述电流监控设备得到的电流波形的正电压施加周期、 与所述倒相器供电单元的切换同步的控制点到达时间，并且能够基于所述控制点到达时间设定或改变正电压施加时间。
11.如权利要求IO所述的阳极化装置，其中所述控制点到达时间 为在试验性循环中所述电流波形在所述正电压施加周期的峰到达时 间。
全文摘要
一种阳极化方法，其中由铝或铝合金制成的工件浸入电解液，并且在所进行的处理中，在所述工件和设置在所述电解液中的阴极之间交替地重复对时间周期非常短的正电压的施加以及对电荷的去除，所述方法包括以下步骤在试验性循环中重复对正电压的施加以及对电荷的去除，测量电流波形在正电压施加周期的控制点到达时间(tc)，并且基于所述控制点到达时间确定标准正电压施加时间(T)；以及在与所述标准正电压施加时间相对应的循环中重复对正电压的施加以及对电荷的去除，并且在所述工件的表面上形成阳极化膜。
文档编号C25D11/04GK101545128SQ20091011943
公开日2009年9月30日 申请日期2009年3月13日 优先权日2008年3月24日
发明者山本友晴, 田中洋臣, 藤田昌弘 申请人:铃木株式会社