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阳极 氧化电源、阳极氧化方法和阳极氧化膜

阅读：635发布：2020-05-11

专利汇可以提供阳极氧化电源、阳极氧化方法和阳极氧化膜专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且公开了一种用于在电解槽中的铝表面上生长阳极氧化层的阳极氧化方法。该方法包括在阳极和阴极之间施加DC/AC组合脉冲波。通过将DC脉冲波与AC波组合来提供DC/AC组合脉冲波，并在每个脉冲的开始点处具有峰值电压。生成的阳极氧化层的厚度可以小于等于300μm，并且在阳极氧化层中的晶格直径的范围可以在50nm与100nm之间。用于阳极氧化的电源可以包括整流调制器单元、AC调制单元、脉冲波合成单元和控制单元。，下面是阳极氧化电源、阳极氧化方法和阳极氧化膜专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于为阳极氧化工艺提供组合脉冲波的装置，所述装置包括：
第一脉冲波生成单元，被配置为提供第一脉冲波；
第二脉冲波生成单元，被配置为提供第二脉冲波；以及
脉冲波合成单元，被配置为组合所述第一脉冲波和所述第二脉冲波。
2.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：
控制单元，被配置为控制所述第一脉冲波生成单元、所述第二脉冲波生成单元和所述脉冲波合成单元的操作。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，
所述第一脉冲波为第一调制DC脉冲波，
所述第一脉冲波生成单元为第一整流单元，所述第一整流单元被配置为通过整流来自AC电源的AC 电压波来产生第一DC脉冲波，并调制所述第一DC脉冲波的第一和/或第一振幅，来提供所述第一调制DC脉冲波，
所述第二脉冲波为第二调制DC脉冲波，以及
所述第二脉冲波生成单元为第二整流单元，所述第二整流单元被配置为通过整流来自所述AC电源的所述AC电压波来产生第二DC脉冲波，并调制所述第二DC脉冲波第二和/或第二幅值，来提供所述第二调制DC脉冲波。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，
所述第一脉冲波生成单元独立于所述第二脉冲波生成单元操作。
5.根据权利要求3所述的装置，进一步包括：AC调制单元，被配置为通过调制来自所述AC电源的所述AC电压波的第三周期或第三振幅，来提供AC脉冲波，其中，所述脉冲波合成单元被配置为组合所述第一调制DC脉冲波、所述第二调制DC脉冲波和所述AC脉冲波。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述第一脉冲波生成单元、所述第二脉冲波生成单元和所述AC调制单元中的至少一个包括600KHzFET(场效应晶体管)以及具有1500uF的静电电容和400V的额定电压的电容器。
7.根据权利要求5所述的装置，进一步包括：
在所述第一整流单元与所述AC电源和所述脉冲波合成单元中的一个之间的第一通断开关，
在所述第二整流单元与所述AC电源和所述脉冲波合成单元的一个之间的第二通断开关，以及
在所述AC调制单元与所述AC电源和所述脉冲波合成单元的一个之间的第三通断开关。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，
所述第一脉冲波为第一调制DC脉冲波，
所述第一脉冲波生成单元为第一整流单元，所述第一整流单元被配置为通过整流来自AC电源的AC电压波来产生第一DC脉冲波，以及调制所述第一DC脉冲波的第一和/或第一振幅，来提供所述第一调制DC脉冲波，
所述第二脉冲波为AC脉冲波，以及
所述第二脉冲波生成单元为AC调制单元，所述AC调制单元被配置为通过调制来自所述AC电源的所述AC电压波的第三周期或第三振幅，来提供AC脉冲波。
9.一种用于在铝板表面上生长阳极氧化层的阳极氧化方法，所述方法包括：
在电解槽中设置阳极和阴极，所述阳极包括所述铝板；以及
将脉冲波施加到所述阳极与所述阴极之间。
10.根据权利要求9所述的阳极氧化方法，其中，所述脉冲波在每个脉冲的开始点处具有峰值电压。
11.根据权利要求9所述的阳极氧化方法，其中，所述脉冲波包括第一调制DC脉冲波分量、第二调制DC脉冲波分量以及AC波分量中的至少两个。
12.根据权利要求9所述的阳极氧化方法，其中，所述脉冲波的每个脉冲波形为向上凸出的，而电压电平随着时间从电压峰值下降。
13.根据权利要求9所述的阳极氧化方法，其中，在从脉冲的结束点到下一脉冲的开始点之间的时间间隔期间，将负电压施加到所述阳极与所述阴极之间。
14.根据权利要求11所述的阳极氧化方法，其中，所述第一调制DC脉冲波分量具有与所述第二调制DC脉冲波分量不同的相位。
15.根据权利要求9所述的阳极氧化方法，其中，所述脉冲波的每个脉冲的最大电压电平或平均电压电平随时间而改变。
16.根据权利要求9所述的阳极氧化方法，其中，所述脉冲波的每个脉冲的最大电压电平或平均电压电平的轨迹符合正弦波形。
17.根据权利要求16所述的阳极氧化方法，其中，通过以下步骤形成所述轨迹：
将电压电平从初始电平增大到预定第一电平，
将所述电压电平保持在所述第一电平第一预定时间，
将所述电压从所述第一电平增大到第二电平，所述第二电平高于所述第一电平，以及将所述电压电平保持在所述第二电平第二预定时间。
18.根据权利要求9所述的阳极氧化方法，其中，具有所述脉冲波的负电压的周期和具有所述脉冲波的正电压的周期中的至少一个随时间而改变。
19.一种通过包括以下步骤的工艺形成的阳极氧化层，所述步骤为：
将脉冲波施加到阳极与阴极之间，其中，
所述阳极氧化层形成在铝板或铝合金板表面上，并且在所述阳极氧化层中的晶格直径的范围在50nm到100nm之间。
20.根据权利要求19所述的阳极氧化层，其中，所述阳极氧化层的厚度小于等于
300μm。
1.一种用于为阳极氧化工艺提供组合脉冲波的装置，所述装置包括：
第一脉冲波生成单元，被配置为提供第一脉冲波；
第二脉冲波生成单元，被配置为提供第二脉冲波；以及
脉冲波合成单元，被配置为组合所述第一脉冲波和所述第二脉冲波。
2.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：
控制单元，被配置为控制所述第一脉冲波生成单元，所述第二脉冲波生成单元和所述脉冲波合成单元的操作。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，
所述第一脉冲波为第一调制DC脉冲波，
所述第一脉冲波生成单元为第一整流单元，所述第一整流单元被配置为通过整流来自AC电源的AC电压波来产生第一DC脉冲波，并调制所述第一DC脉冲波的第一和/或第一振幅，来提供所述第一调制DC脉冲波，
所述第二脉冲波为第二调制DC脉冲波，以及
所述第二脉冲波生成单元为第二整流单元，所述第二整流单元被配置为通过整流来自所述AC电源的所述AC电压波来产生第二DC脉冲波，并调制所述第二DC脉冲波的第二和/或第二幅值，来提供所述第二调制DC脉冲波。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，
所述第一脉冲波生成单元独立于所述第二脉冲波生成单元操作。
5.根据权利要求3所述的装置，进一步包括：AC调制单元，被配置为通过调制来自所述AC电源的所述AC电压波的第三周期或第三振幅，来提供AC脉冲波，其中，所述脉冲波合成单元被配置为组合所述第一调制DC脉冲波、所述第二调制DC脉冲波和所述AC脉冲波。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述第一脉冲波生成单元、所述第二脉冲波生成单元和所述AC调制单元中的至少一个包括600KHzFET(场效应晶体管)以及具有1500uF的静电电容和400V的额定电压的电容器。
7.根据权利要求5所述的装置，进一步包括：
在所述第一整流单元与所述AC电源和所述脉冲波合成单元中的一个之间的第一通断开关，
在所述第二整流单元与所述AC电源和所述脉冲波合成单元的一个之间的第二通断开关，以及
在所述AC调制单元与所述AC电源和所述脉冲波合成单元的一个之间的第三通断开关。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，
所述第一脉冲波为第一调制DC脉冲波，
所述第一脉冲波生成单元为第一整流单元，所述第一整流单元被配置为通过整流来自AC电源的AC电压波来产生第一DC脉冲波，以及调制所述第一DC脉冲波的第一和/或第一振幅，来提供所述第一调制DC脉冲波，
所述第二脉冲波为AC脉冲波，以及
所述第二脉冲波生成单元为AC调制单元，所述AC调制单元被配置为通过调制来自所

说明书全文

阳极 氧化电源、阳极氧化方法和阳极氧化膜

技术领域

[0001] 实施例涉及一种阳极氧化方法，用于通过电化学工艺在非铁金属表面上生长氧化层，从而改进非铁金属的耐腐性能或耐磨性能。具体地，本实施例涉及一种电源，其适用于提供具有包括直流(DC)分量和交流(AC)分量的脉冲波的实现阳极氧化工艺的电解槽。此外，本实施例涉及一种使用该电源的阳极氧化方法以及通过该阳极氧化方法生长的阳极氧化层。

背景技术

[0002] 诸如铝(Al)、镁(Mg)和钛(Ti)的非铁金属通常与包括在空气中的具有高活化性的湿气进行反应，从而在其上自然地形成薄氧化层。然而，这种自然氧化层太薄或具有太稀疏的结构，以至于不能保护非铁金属不受磨损环形或腐蚀环境的影响。因此，为了保护非铁金属，优选地使用各种方法在非铁金属的表面上生长氧化层，从而改进非铁金属的表面特性。用于生长氧化层的方法可以分为化学方法和电化学方法。可以使用铬酸盐工艺或薄水铝工艺，以化学处理作为非铁金属之一的铝表面。该工艺可以通过化学工艺而无需将电流施加到铝，来在铝表面形成氧化层。然而，当通过这种化学表面工艺形成氧化层时，氧化层很薄或具有较低层级的耐磨性能，并且因此这种化学表面工艺对于各种应用不都适合。同时，作为电化学方法之一的阳极氧化方法将硫酸溶液用作电解液，并且通过将电流施加到铝表面来在铝表面上电化学地形成氧化层。通过阳极氧化方法生长的氧化层具有较好质量的电和化学特性，并且可以用于诸如建筑、机械、汽车、飞机和移动应用的各种工业中。

[0003] 在传统的阳极氧化方法中，DC 电压被施加到电极之间，以电化学地氧化基材的表面。即，将被氧化的基材被用作一对电极，并且DC电压被施加到在包括电解液的电解槽中的电极，从而电化学地氧化基材表面。

[0004] 然而，根据传统的阳极氧化方法，由于金属和电解液之间的反应，随着氧化层的形成，金属同时被溶解，使得随着氧化层厚度的增大，氧化层的密度降低并且机械特性劣化。因此，难以生长超过特定厚度的氧化层。此外，如果特定氧化层粘至在通过阳极氧化工艺生成的被氧化层与在阳极氧化工艺之前作为基材的金属之间，则在基材与被氧化层之间的粘结率降低了，使得氧化层容易从基材处分离。
发明内容

[0005] 技术问题

[0006] 本发明的特定实施例提供了一种阳极氧化工艺的电源，并提供具有增大厚度的阳极氧化层，其具有比通过传统方法形成的其他阳极氧化层更好的机械、电和化学特性，并提供了一种阳极氧化方法和一种通过使用该阳极氧化方法生长的阳极氧化层。

[0007] 技术方案

[0008] 为了解决上述问题，提出了一种根据本发明的一个方面的阳极氧化装置。该装置包括整流调制器单元，被配置为通过对来自AC电源单元的AC电压波进行整流来产生DC脉冲波并对DC脉冲波的第一周期或第一振幅进行调制来提供调制的DC脉冲波；AC调制单元，被配置为通过调制来自AC电源单元的AC电压波的第二周期或第二振幅来提供AC波；脉冲波合成单元，被配置为将DC/DC组合脉冲波或DC/AC组合脉冲波施加到阳极与阴极之间；以及控制单元，被配置为控制整流调制器单元和AC调制单元的操作。通过组合调制的DC脉冲波和AC波中的至少一个，来生成DC/DC组合脉冲波或DC/AC组合脉冲波。

[0009] 阳极氧化装置还可以包括在整流调制器单元与AC电源单元之间或在AC调制单元与AC电源单元之间的开关。该开关可以通过控制单元控制。

[0010] 阳极氧化装置还可以包括在整流调制器单元与脉冲波合成单元之间或在AC调制单元与脉冲波合成单元之间的开关。该开关可以通过控制单元控制。

[0011] 整流调制器单元可以包括600KHz FET(场效应晶体管)以及具有1500uF的静电电容和400V的额定电压的电容器。

[0012] 整流调制器单元可以包括两个或多个整流单元。该两个或多个整流单元可以独立地操作。

[0013] 根据本发明的另一方面，提供了一种用于在铝板表面上生长阳极氧化层的阳极氧化方法。该方法包括在电解液中设置阳极和阴极，阳极包括铝板；以及在阳极和阴极之间施加DC/AC组合脉冲波。通过组合DC脉冲波与AC波来提供DC/AC组合脉冲波，并且该DC/AC组合脉冲波在每个脉冲的开始点处具有峰值电压。

[0014] DC/AC组合脉冲波的每个脉冲波形可以是向上凸出的，而电压电平随着时间从电压峰值下降。

[0015] 在从脉冲的结束点到下一脉冲的开始点之间的时间间隔期间，负电压可以被施加到阳极与阴极之间。

[0016] DC脉冲波可以通过组合第一DC脉冲波与至少一个第二DC脉冲波来形成，第一DC脉冲波具有与至少一个第二脉冲波不同的相位。

[0017] DC/AC组合脉冲波的每个脉冲的最大电压电平或平均电压电平可以随着时间而改变。

[0018] DC/AC组合脉冲波的每个脉冲的最大电压电平或平均电压电平的轨迹可以符合正弦波形。

[0019] 具有DC/AC组合脉冲波的负电压的周期和具有DC/AC组合脉冲波的正电压的周期中的至少一个可以随着时间而改变。

[0020] 根据本发明的另一方面，提供使用通过合成至少一个DC脉冲波和至少一个AC波形成的DC/AC组合脉冲波在铝板或铝合金板的表面上形成的阳极氧化层。阳极氧化层的厚度可以小于等于300μm，并且阳极氧化层中晶格的直径范围从50nm到100nm。

[0021] DC/AC组合脉冲波可以是通过组合第一调制DC脉冲波、第二调制DC脉冲波和AC波中的至少两个形成的组合脉冲波。

[0022] 根据本发明的另一方面，提供了一种用于为阳极氧化工艺提供组合脉冲波的装置。该装置包括第一脉冲波生成单元，被配置为提供第一脉冲波；第二脉冲波生成单元，被配置为提供第二脉冲波，以及脉冲波合成单元，被配置为组合第一脉冲波和第二脉冲波，以提供组合脉冲波。

[0023] 该装置还可以包括控制单元，该控制单元被配置以控制第一脉冲波生成单元、第二脉冲波生成单元和脉冲波合成单元的操作。第一脉冲波可以为第一调制DC脉冲波、第一脉冲波生成单元可以为第一整流单元，该第一整流单元被配置为通过整流来自AC电源的AC电压波以产生第一DC脉冲波并调制第一DC脉冲波的第一和/或第一振幅来提供第一调制DC脉冲波，第二脉冲波可以为第二调制DC脉冲波；以及第二脉冲波生成单元可以为第二整流单元，该第二整流单元被配置为通过整流来自AC电源的AC电压波来产生第二DC脉冲波并调制第二DC脉冲波的第二和/或第二振幅来提供第二调制DC脉冲波。第一脉冲波生成单元可以独立于第二脉冲波生成单元操作。

[0024] 该装置还可以包括AC调制单元，该AC调制单元被配置为通过调制来自AC电源的AC电压波的第三周期或第三振幅来提供AC脉冲波。脉冲波合成单元可以被配置为组合第一调制DC脉冲波、第二调制DC脉冲波和AC脉冲波。

[0025] 第一脉冲波生成单元、第二脉冲波生成单元和AC调制单元中的至少一个可以包括600KHz FET(场效应晶体管)以及具有1500uF的静电电容和400V的额定电压的电容器。

[0026] 该装置还可以包括在第一整流单元与AC电源和脉冲波合成单元中的一个之间的第一通断开关，在第二整流单元与AC电源和脉冲波合成单元的一个之间的第二通断开关，以及在AC调制单元与AC电源和脉冲波合成单元的一个之间的第三通断开关。

[0027] 第一脉冲波可以为第一调制DC脉冲波，第一脉冲波生成单元可以为第一整流单元，该第一整流单元被配置为通过整流来自AC电源的AC电压波以产生第一DC脉冲波并调制第一DC脉冲波的第一和/或第一振幅来提供第一调制DC脉冲波，第二脉冲波可以为AC脉冲波；以及第二脉冲波生成单元可以为AC调制单元，该AC调制单元被配置为通过调制来自AC电源的AC电压波的第三周期或第三振幅来提供AC脉冲波。

[0028] 根据本发明的另一方面，提供了一种用于在铝板表面上生长阳极氧化层的阳极氧化方法。该方法包括在电解液中设置阳极和阴极，并在阳极和阴极之间施加脉冲波。在这种情况下，阳极包括铝板。

[0029] 脉冲波可以在每个脉冲的开始点处具有峰值电压。脉冲波可以包括第一调制DC脉冲波分量、第二调制DC脉冲波分量和AC波分量中的至少两个。脉冲波的每个脉冲波形可以是向上凸出的，而电压电平随着时间从电压峰值下降。

[0030] 在脉冲的结束点到下一脉冲的开始点的时间间隔期间，负电压可以被施加到阳极和阴极之间。第一调制DC脉冲波分量可以具有与第二调制DC脉冲波分量不同的相位。脉冲波的每个脉冲的最大电压电平或平均电压电平可以随时间而改变。脉冲波的每个脉冲的最大电压电平或平均电压电平的轨迹可以符合正弦波形。可以至少通过将电压电平从开始电平增大到预定第一电平，将在第一电平处的电压电平保持第一预定时间，将电压从第一电平增大到高于第一电平的第二电平，以及将在第二电平处的电压电平保持第二预定时间来形成轨迹。

[0031] 具有脉冲波的负电压的周期与具有脉冲波的正电压的周期中的至少一个可以随着时间而改变。

[0032] 根据本发明的另一方面，提供了一种通过包括将脉冲波施加到阳极与阴极之间的步骤的工艺形成的阳极氧化层。在铝板或铝合金板表面上形成该阳极氧化层，并且在阳极氧化层中的晶格的直径范围在50nm到100nm之间。

[0033] 阳极氧化层被连续地形成，并且在其中不具有界面。

[0034] 阳极氧化层的厚度可以小于等于300μm。

[0035] 有益效果

[0036] 根据本发明的实施例，可以提供具有改进特征的阳极氧化层，用于提供相同阳极氧化层的装置和方法。附图说明

[0037] 被包括以提供本发明的进一步理解的附图示出了本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

[0038] 在附图中：

[0039] 图1示出了根据本发明第一实施例的阳极氧化装置。

[0040] 图2示出了根据本发明的一个实施例的用于阳极氧化的电源。

[0041] 图3(a)、图3(b)和图3(c)分别示出了根据本发明的一个实施例的一阶周期脉冲波、一阶非周期恒定持续时间脉冲波和一阶非周期可变持续时间脉冲波的实例。

[0042] 图4示出了根据本发明的一个实施例的二阶周期脉冲波的实例。

[0043] 图5(a)和图5(b)分别示出了根据本发明的一个实施例的一阶周期DC/AC组合脉冲波和二阶周期DC/AC组合脉冲波的实例。

[0044] 图6(a)和图6(b)分别示出了根据本发明的一个实施例的一阶非周期可变持续时间DC/AC组合脉冲波和二阶非周期可变持续时间DC/AC组合脉冲波的实例。

[0045] 图7示出了根据本发明的一个实施例的DC/AC组合脉冲波的实例，其中，每个脉冲的最大电压电平的轨迹类似于正弦波形。

[0046] 图8示出了根据本发明的通过阳极氧化方法生长的示例性阳极氧化层的截面图，其通过电子显微镜观测。

[0047] 图9实例的根据本发明的通过阳极氧化方法生长的示例性阳极氧化层的显微观察的结构，其通过电子显微镜观测。

[0048] <参考标号的说明>

[0049] 210：AC电源 220：整流调制器单元

[0050] 222：第一整流单元 224：第二整流单元

[0051] 230：AC调制单元 240：脉冲波合成单元

[0052] 250：控制单元 260a、260b、260c：开关

具体实施方式

[0053] 后文中，将参照附图描述本发明的示例性实施例。在本说明书中，为了本发明清楚的目的，没有描述已经了解的结构或功能。现在将参考详细描述本发明的示例性实施例，其实例在附图中详细示出。以下将参照附图给出详细说明，其旨在解释本发明的示例性实施例，而不是仅示出可根据本发明实现的一个实施例。以下详细描述包括为提供对本发明的完全理解的特定细节。然而，本领域技术人员应当理解，没有这种特殊细节也可以实现本发明。例如，针对特定术语给出以下描述，但本发明不限于此，并且任何其他术语也可以用于表示相同的意思。

[0054] 图1是根据本发明的一个实施例的用于在铝板表面上生长阳极氧化层的装置的示意图。阳极氧化装置可以包括电解槽100，适用于包括电解液102；阳极104和阴极106，适用于被填充值电解液102中；以及电源108，被配置为在阳极104与阴极106之间提供电功率或电流。

[0055] 这里，铝或铝合金板可以被用作阳极104，氧化铝层可以在其上生长。后文中，为了简单，术语“铝合金”可以被称作“铝”。

[0056] 电源108可以在阳极104与阴极106之间提供DC电压。电源108可以被配置为在阳极104与阴极106之间提供典型的DC电压。此外，电源108可以在阳极104与阴极106之间提供DC脉冲波，其呈脉冲序列的形式；和/或可以在阳极104与阴极106之间提供DC/AC组合脉冲波，其可以通过组合DC脉冲波与AC波来生成。可以通过供给DC电压和/或DC脉冲波和/或DC/AC混合脉冲波来生长阳极氧化层。

[0057] 在本文件中，DC/AC组合脉冲波和DC/DC组合脉冲波可以被称作“组合脉冲波”。

[0058] 本文中，上述“AC波”可以为AC脉冲波。

[0059] 图2是根据本发明的一个实施例的用于阳极氧化工艺的电源的示例性配置的方框图。

[0060] 如图2所示，根据本发明的一个实施例的电源108可以包括整流调制器单元220、AC调制器单元230、脉冲波合成单元240、和控制单元250。

[0061] 在本文件中，术语“脉冲波生成整流器”是指整流调制器单元220、AC调制器单元230、和脉冲波合成单元240的组合。

[0062] 整流调制器单元220可以被配置为整流由AC功率单元210提供的AC波，以生成脉冲波。此外，整流调制器单元220可以调制DC脉冲波的振幅或周期，以产生振幅或周期调制波。这里，DC脉冲波的振幅表示DC脉冲波的电压值。在这种情况下，整流调制器单元220可以仅包括一个整流单元，此外还可以包括两个或多个独立操作的整流单元。在图2中示意性示出的整流调制器单元220包括两个调制单元，即，第一调制单元222和第二调制单元224。

[0063] AC调制单元230可以被配置为通过调制由AC功率单元210提供的AC电压波的周期或振幅来生成和输出AC波。

[0064] 脉冲波合成单元240可以被配置为通过组合其每一个均由组成调制调制器单元220的一个或多个调制单元所提供的DC脉冲波来生成和输出DC/DC组合脉冲波。此外，脉冲波合成单元240可以被配置为通过组合由AC调制单元230提供的AC波和DC脉冲波来生成和输出DC/AC组合脉冲波。例如，如图2所示，在整流调制器单元220包括第一整流单元222和第二整流单元224的情况下，第一整流单元222和第二整流单元224被配置为独立整流AC电压波，以生成第一DC脉冲波和第二DC脉冲波，使得第一DC脉冲波和第二DC脉冲波可以具有不同的周期和振幅。第一DC脉冲波、第二DC脉冲波和由AC调制单元230提供的AC波可以被输入到脉冲波合成单元240，然后进行组合。

[0065] 控制单元250可以连接到整流调制器单元220和AC调制单元230。此外，控制单元250可以被配置为控制整流调制器单元220和AC调制单元230的操作，以调整由整流调制器单元220和AC调制单元230生成的脉冲波特性。

[0066] 电源108还可以包括在整流调制器单元220与AC功率单元210之间或在AC调制单元230或AC功率单元210之间的至少一个开关。该开关可以为任何种类的通断开关，其使通过该开关连接的两个电单元连接或断开。控制单元250可以进一步被配置为接通或断开开关。通过控制开关，可以确定是否向脉冲波合成单元240提供DC脉冲波和/或AC波。例如，如图2所示，第一开关260a、第二开关260b、和第三开关260c可以被分别布置在AC功率单元210与第一整流单元222之间、AC功率单元210与第二整流单元224之间、以及AC功率单元210与AC整流单元230之间。可以通过控制开关260a、260b和260c来控制提供给脉冲波合成单元240的脉冲波的波形。如果第一开关260a接通但第二开关260b和第三开关260c断开，则仅将来自第一调制单元222的DC脉冲波通过脉冲波合成单元240提供至阳极和阴极。但是，例如，如果第一开关260a和第二开关260b接通且第三开关260c断开，则脉冲波合成单元240可以通过组合来自第一整流单元222和第二整流单元224的DC脉冲波输出DC/DC组合脉冲波。此外，如果第一开关260a和第二开关260b中的至少一个接通且第三开关260c接通，则脉冲波合成单元240可以在接收来自第一开关260a和/或第二开关260b的DC脉冲波和来自AC调制单元230的AC波之后输出DC/AC组合脉冲波。

[0067] 此外，上述开关可以被设置在整流调制器单元220与脉冲波合成单元240之间或AC调制单元230与脉冲波合成单元240之间。在这种情况下，开关的动作和效果与以上所述相同。

[0068] 诸如DC/AC组合脉冲波和/或DC/DC组合脉冲波的组合脉冲波的波形取决于来自整流调制器单元220的DC脉冲波和/或来自AC调制单元230的AC波的波形。因此，控制单元250可以通过调整和控制DC脉冲波和AC波的波形来确定来自脉冲波合成单元240的组合脉冲波的波形。

[0069] 图3示出了可以通过第一整流单元222或第二整流单元224生成的一阶DC脉冲波的实例。图3(a)示出了一阶周期脉冲波的实例，图3(b)示出了一阶非周期恒定持续时间脉冲波，以及图3(c)示出了一阶非周期可变持续时间脉冲波的实例。

[0070] DC脉冲波可以通过占空比来特征化。通过Ton与Toff的比率来表示占空比。Ton是被施加用于阳极氧化的正电压的时间长度，并且Toff为被施加的非正电压的时间长度，如图3所示。可以通过以下公式1来表示占空比。

[0071] [公式1]

[0072] Duty cycle(％)＝[Ton/(Ton+Toff)]×100

[0073] 图3(a)中所示的一阶周期脉冲波是周期性的，其具有脉冲周期Ton+Toff，脉冲间隔Toff，并且在周期Ton期间的电压电平不随时间而改变。

[0074] 可以通过调整Ton与Toff的比率，即一阶周期脉冲波的占空比，来改变脉冲波的特性。

[0075] 在图3(b)中所示的一阶非周期恒定持续时间脉冲波与一阶周期脉冲波的类似之处在于每个脉冲的周期Ton不随时间而改变。然而，对于一阶非周期恒定持续时间脉冲波，相邻脉冲之间的间隔Toff的长度随时间而改变。

[0076] 对于一阶非周期可变持续时间脉冲波，周期Ton的长度和/或相邻脉冲之间的间隔Toff的长度随时间而改变。图3(c)示出了一阶非周期可变持续时间脉冲波，其中，周期Ton的长度和/或相邻脉冲之间的间隔Toff的长度随时间而改变。

[0077] 同时，可以通过组合来自第一整流单元222和第二整流单元224的DC脉冲波来获得DC/DC组合脉冲波。DC/DC组合脉冲波可以被分成至少三类：二阶周期脉冲波、二阶非周期恒定持续时间脉冲波和二阶非周期可变持续时间脉冲波。

[0078] 对于图4中所示的二阶周期脉冲波，脉冲周期保持恒定，并且周期Ton包括具有不同电压电平的两个不同子周期。即，周期Ton包括具有相对较高电压电平的第一子周期TH和具有相对较低电压电平的第二子周期TL。第一和第二子周期TH和TL的时间长度不分别随着时间而改变。

[0079] 可以通过在脉冲波合成单元240处组合来自第一整流单元222的DC脉冲波与来自第二整流单元224的DC脉冲波来获得二阶周期脉冲波。例如，第一整流单元222可以生成具有相对较高电压电平和相对较短周期Ton，1的第一DC脉冲波，并且第二整流单元224可以生成具有相对较低电压电平和相对较长周期Ton，2的第二DC脉冲波，然后脉冲波合成单元240可以组合第一DC脉冲波和第二DC脉冲波，以产生如图4所示的二阶周期脉冲波。

[0080] 可以利用与图3相结合示出的原理相同的原理来生成二阶非周期恒定持续时间脉冲波和二阶非周期可变持续时间脉冲波。例如，可以通过满足以下条件来获得二阶非周期恒定持续时间脉冲波：(i)随时间将来自第一整流单元222的第一DC脉冲波的周期Ton，1和来自第二整流单元224的第二DC脉冲波的周期Ton，2保持在恒定值，(ii)随时间以相同比率改变第一DC脉冲波和第二DC脉冲波的间隔Toff，1和Toff，2。可以通过将以上条件(i)改变为以下条件来获得二阶非周期可变持续时间脉冲波：(i′)随时间以相同比率改变周期Ton，1和周期Ton，2。

[0081] 此外，根据该实施例的电源可以通过组合由AC调制单元230生成的AC波和由第一整流单元222和/或第二整流单元224生成的一个或多个DC脉冲波，来生成和提供DC/AC组合脉冲波。图5示出了DC/AC组合脉冲波的实例。该DC/AC组合脉冲波呈现出由AC波在周期Ton期间形成的电压峰值的特征。在这种情况下，峰值电压在每个脉冲中的周期Ton期间具有最高电压电平。

[0082] 图5(a)示出了通过组合一阶周期脉冲波与其电压电平随时间而改变的AC波来生成的一阶DC/AC组合脉冲波的实例。在一阶DC/AC组合脉冲波中，在每个脉冲中的周期Ton期间形成电压电平。在这种情况下，优选地形成一阶DC/AC组合脉冲波，使得电压峰值处于周期Ton的开始点处。在这种情况下，每个脉冲波形可以为向上凸出的，而电压电平从电压峰值开始下降。此外，如图5所示，DC/AC组合脉冲波在从一个脉冲的结束点到下一脉冲的开始点的间隔Toff期间可以具有负电压电平。

[0083] 图5(b)示出了通过组合二阶周期脉冲波和AC波生成的二阶DC/AC组合脉冲波的实例，其中二阶周期脉冲波通过组合第一整流单元222和第二整流单元224生成，AC波由AC调制单元230提供。该二阶DC/AC组合脉冲波可以利用与上述关于一阶DC/AC组合脉冲波的原理相同的原理来生成。

[0084] 此外，可以利用与上述原理相同的原理通过组合AC波和非周期恒定持续时间脉冲波来提供非周期恒定持续时间DC/AC组合脉冲波。类似地，可以利用与上述原理相同的原理通过组合AC波和非周期可变持续时间脉冲波来提供非周期可变持续时间DC/AC组合脉冲波。在图6(a)和图6(b)中分别示出了示例性的一阶非周期可变持续时间DC/AC组合脉冲波和二阶非周期可变持续时间DC/AC组合脉冲波。

[0085] 对于上述DC/AC组合脉冲波，最大电压电平，或者作为每个脉冲的每个脉冲周期Ton中的最大电压电平和最小电压电平的平均值的平均电压电平随时间保持在恒定值处。然而，可以形成脉冲波，使得每个脉冲的最大电压电平或平均电压电平随时间而改变。图7示出了二阶非周期可变持续时间DC/AC组合脉冲波的实例，其中每个脉冲的最大电压电平随时间而改变。对于图7中的曲线图，每个脉冲的最大电压电平的轨迹与正弦波形类似。

[0086] 此外，在阳极氧化工艺期间，最大电压电平或平均电压电平可以随着阶梯式的轨迹而改变。即，当脉冲型电压波被施加到阳极与阴极之间时，可以通过重复以下步骤来实施阳极氧化工艺：(i)在初始电平与预定电平之间增大或减小在阳极与阴极之间的电压电平，(ii)将电压电平保持在预定电平处预定时间。

[0087] 可以如上所述地生成具有诸如DC脉冲波、DC/DC组合脉冲波和DC/AC组合脉冲波的各种特性的脉冲波。可以利用上述各种脉冲波将阳极氧化层形成为具有各种特性。通过不同脉冲波形成的阳极氧化层可以具有不同的特性。与使用通过传统DC电源生成的DC脉冲波相比，根据本发明的一个实施例的使用通过电源生成的DC/AC组合脉冲波在铝板表面上生长的阳极氧化层具有显著改进的机械和化学特性。具体地，通过其各自的峰值电压位于各脉冲的开始点处的DC/AC组合脉冲波进行的阳极氧化工艺所产生的阳极氧化层可以具有非常均匀的结构，其厚度如300μm那么薄。此外，这种阳极氧化层示出了改进的耐腐蚀性和机械特性，例如，耐磨性或硬度。

[0088] 后文中，将描述根据本发明的实施例以及根据本发明一个实施例的使用DC/AC组合脉冲波通过阳极氧化方法形成的阳极氧化层的各种特性测试的结果。

[0089] 实验实例

[0090] 在该实施例中，使用通过图2所示的电源产生的DC/AC组合脉冲波进行的阳极氧化工艺，并且该电源以抽屉型的紧凑形式实现。电源的第一整流单元222和第二整流单元224中的每一个均可以包括600kHz FET(场效应管)和具有1500uF的静电电容和400V的额定电压的电容器。在这种情况下，考虑到散热率，第一整流单元222和第二整流单元224中的每一个均可以包括一组两个同样的单元。用于阳极氧化的DC/AC组合脉冲波为图6(b)中所示的二阶非周期可变持续时间DC/AC组合脉冲波，其中，每个脉冲波形均为向上凸出的，而电压电平从位于每个脉冲的开始点处的电压峰值降低，并且在从一个脉冲的结束点到下一脉冲的开始点之间的间隔Toff期间施加负电压。

[0091] 在这种情况下，基础电平电压(即，单位脉冲的最小电压电平)被设置为-0.5V，并且允许峰值电压达到最大40V。在本实施例中，第一电压电平和第二电压电平分别被设置为10V和5V。此外，允许单位脉冲的周期在10msec到10sec之间调整。

[0092] 对于电解液，用于加速反应的硫酸溶液的密度可以被设置为在3％到10％的范围内。在本实施例中，硫酸溶液的密度被设置在5％到6％之间。此外，3.0％的木醋酸液可以被添加到电解液。在本实施例中，1.0％的木醋酸液可以被添加到电解液。此外，在反应时间期间，电解液的温度被保持在-2℃。

[0093] DC/AC组合脉冲波的生成可以如下所述地被控制。作为阳极氧化工艺的目标的铝板被设置，以用作阳极。在阳极与阴极之间的电压从0V被缓慢地升至5V(步骤S1)。然后，保持电压5分钟(步骤S2)。然后，将电压从5V升至10V(步骤S3)。然后，保持电压，直至阳极氧化层生长到所需的厚度(步骤S4)。相比于电极之间的电压保持在15V至40V之间的传统阳极氧化工艺，使用上述四个步骤的阳极氧化工艺消耗更少的功率，并产生具有高等级结构密度、高等级硬度、高等级耐磨性和高等级耐腐蚀性的阳极氧化层堆叠。

[0094] 通过以上实施例产生的阳极氧化层的厚度范围从20μm到300μm。此外，阳极氧化层包括具有均匀横截面结构的晶格。从氧化铝界面到阳极氧化层的外表面的阳极氧化层的横截面具有均匀的晶格结构。根据传统的阳极氧化方法，不能容易地获得具有上述厚度范围从20μm到300μm的均匀结构。

[0095] 图8示出了通过电子显微镜观测的具有220μm厚度的示例性阳极氧化层的截面图。

[0096] 图9示出了通过电子显微镜观测的阳极氧化层的显微结构。

[0097] 观察到根据本发明的一个实施例的阳极氧化层具有均匀的晶格结构。在这种情况下，晶格直径的范围从50nm到100nm。因此，纵横比(直径/长度)的范围从50/300,00到1/6,000。

[0098] 图9示出了晶格直径大约为50nm和80nm的阳极氧化层的一部分。

[0099] 根据该观测，应当清楚，根据本发明的阳极氧化方法可以产生连续生长的具有一致密度和均匀晶格直径的阳极氧化层。可以观测上述显微结构特性，而与使用本发明的实施例生长的阳极氧化层的厚度无关。通过传统阳极氧化方法不能获得具有大约300μm厚度的均匀显微结构的这种阳极氧化层。由于通过本发明获得的良好的显微结构特性获得了根据本发明的阳极氧化层的很好的改进机械、电和化学特性。

[0100] 表1示出了根据氧化层的厚度以及用于根据本发明的一个实施例的用于阳极氧化的铝的类型进行的洛氏硬度(HRC，KS B 0806：2000)测试和维氏硬度(Hv)测试的结果。出于比较的目的，在表1中还示出了在一般工厂中用作结构材料的SUS 316不锈钢和钛的硬度。在表1中，示出了不具有任何阳极氧化层的AL 6061的铝材料的硬度明显低于钛和SUS 316 不锈钢的硬度。然而，当在铝板上生长20μm-60μm的阳极氧化层时，观察到洛氏硬度范围是从57-59并且维氏硬度范围是从636到675，这是显著的改进结果。这些数值明显高于钛和SUS 316不锈钢的硬度。具体地，当在AL 5058铝板上生长阳极氧化层时，获得极好的硬度结果，使得洛氏硬度范围高至70(对应于维氏硬度1030)。

[0101] [表1]

[0102]阳极氧化层的材料和厚度 HRC HV
AL 5058-25μm 70 1030
AL 6061-30μm 57 636
AL 6061-40μm 59 675
AL 6061-50μm 58 655
AL 6061-60μm 59 675
AL 6061-0μm 0 90
钛 32 317
SUS 316 0 155

[0103] 对通过本发明的一个实施例形成的具有阳极氧化层的铝板实施盐水雾化测试(KS D9502：2007)三个月，并在表2中示出了结果。用于该测试的测试溶液包含5％±1％的氯2
化钠(PH 6.8±0.3)，测试温度保持在35±2℃，并且雾化量为2±0.5ml/h/80cm。如表2中所示，观测到即使在三个月的盐水环境中在每个测试采样上也不会出现诸如膨胀或生锈的任何腐蚀。根据该结果，可以了解，具有通过本发明的一个实施例生长的阳极氧化层的铝板的耐腐蚀性被显著提高了。

[0104] [表2]

[0105]

[0106] 表3示出了用作耐腐蚀材料的金属的一些种类的耐腐蚀数据，以间接比较以上金属的盐水耐腐蚀性与具有通过本发明的一个实施例生长的阳极氧化层的铝板的盐水耐腐蚀性。根据该数据，可以理解，通过本发明产生的产品具有极好的抵抗盐水的耐腐蚀性。表3的数据来自“corrosion resistance tables：metals，plastics，nonmetallic，and rubbers”，Schweitzer，Philip A，M.Dekker，1985。

[0107] [表3]

[0108]

[0109] 表4示出了根据本发明的具有阳极氧化层的铝板的耐磨性测试的结果。这里，通过耐磨性的U.S.ASTM D 3884：1992标准测试方法来进行耐磨性测试。如表4中所示的，具有阳极氧化层的铝板的耐磨特性比没有阳极氧化层的铝板的耐磨特性好很多。具体地，具有厚度为40μm的阳极氧化层的铝板的耐磨等级是没有阳极氧化层的铝板的耐磨等级的60倍。

[0110] [表4]

[0111]#1(mg) #2(mg) #3(mg) 平均值
Al-0μm表层 132 125 133 130.0
Al-20μm表层 23 19 14 18.7
Al-30μm表层 3 4 7 4.7
Al-40μm表层 1 3 3 2.3

[0112] 表5示出了根据本发明的具有阳极氧化层的铝板的导热性测试的结果。通过激光闪烁技术来进行导热性测试。当在铝板上未形成阳极氧化层时，导热性系数k的测量值为153.4(W/mK)；当形成厚度为20μm的阳极氧化层时，导热性系数k的测量值为150.7(W/mK)；以及当形成厚度为40μm的阳极氧化层时，导热性系数k的测量值为149.7(W/mK)。根据该结果，可以理解，当利用阳极氧化层覆盖铝板时导热性系数值减小到小于3％。以上测量的导热性系数大于用作用于使用海水的热交换装置的材料的钛或不锈钢的导热性系数。

[0113] [表5]

[0114]

[0115] 表6示出了具有通过本发明形成的阳极氧化层的铝板的电绝缘性能。通过以下方法来进行电绝缘测试：在样本处设置电极，将2000V电压施加到样本一分钟，并然后检查样本以确认是否出现的任何绝缘失败。根据该结果，可以理解，根据本发明的阳极氧化层具有良好的绝缘性能。

[0116] [表6]

[0117]结果
Al-30μm表层未出现绝缘故障
Al-40μm表层未出现绝缘故障

[0118] 表7示出了具有通过本发明形成的阳极氧化层的铝板的挠曲强度测试的结果。通过挠曲特性的U.S.ASTM D790：2003标准测试方法来进行挠曲强度测试。测试装置为C.R.E.型，并且测试速度为2mm/min。如表7中所示，具有阳极氧化层的铝板的挠曲强度层级比没有阳极氧化层的铝板的挠曲强度层级高很多。

[0119] [表7]

[0120]结果
没有阳极氧化层 1140.1
Al-20μm表层 1298.1

[0121] 根据以上测试结果，根据本发明的所有具有阳极氧化层的铝板均具有改进的表面特性，并且其不能通过传统的阳极氧化方法来实现。可以理解，可以通过本发明获得具有比可通过传统方法获得的氧化层更好特性的阳极氧化层。

[0122] 利用根据本发明的电源，可以将具有各种波形的脉冲波，例如，DC脉冲波、DC/DC组合脉冲波和DC/AC组合脉冲波，提供至一对电极之间，用于阳极氧化。

[0123] 此外，通过根据本发明的阳极氧化方法生长的阳极氧化层具有均匀的结构，并且该阳极氧化层的厚度比通过传统方法形成的阳极氧化层的厚度更厚。

[0124] 由于根据本发明的阳极氧化层的改进的结构特性，阳极氧化层具有硬度、耐磨性和挠曲强度方面的改进的机械性能，以及改进的耐腐蚀性和绝缘特性。

[0125] 在本文件中，第一整流单元、第二整流单元和AC调制单元可以被统称作脉冲波生成单元。

[0126] 上述示例性实施例为本发明的元件和特征的组合。该元件或特征除非另有说明可以认为是选择性的。每个元件或特征可以被实现，而无需与其他元件或特征组合。此外，本发明的实施例可以通过组合元件和/或特征的一部分来实现。在本发明的实施例中描述的操作顺序可以被重新布置。任一实施例的一些结构可以被包括在另一实施例中，并且可以用另一实施例的对应结构来代替。清楚地，可以通过在所附权利要求中不具有清楚引用的关系的权利要求的组合来实现本发明，或者通过在申请后进行修改使本发明可以包括新的权利要求。

[0127] 本领域技术人员应当清楚，在不背离本发明的精神或范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变化。因此，本发明旨在覆盖通过所付权利要求及其等同替换的范围内提供的本发明的变更和改变。

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