專利名稱：一種電解液噴射放電生長陶瓷涂層的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及等離子體電解氧化工藝技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種電解液噴射放電生長陶瓷涂層的裝置及方法。
背景技術(shù)：
等離子體電解氧化(Plasma Electrolytic Oxidation, PE0)又被稱為“微弧氧化” 或“火花放電陽極沉積”等，它是將待處理金屬或者合金置于電解液中，通過高電壓、大電流的作用在電極表面原位生長陶瓷層的電化學(xué)表面處理技術(shù)。通過該技術(shù)可以在鋁、鎂及鈦等合金表面獲得具有高膜基結(jié)合強(qiáng)度、高硬度的陶瓷層，從而克服合金基體質(zhì)軟、耐蝕和耐磨性差等缺點(diǎn)。與其他表面處理技術(shù)相比，該技術(shù)具有成膜效率高、工藝過程簡單、膜層性能可控及綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。目前，常規(guī)的處理方法是將待處理的試樣與電源的正極相連并浸于電解液中，以石墨或不銹鋼等惰性電極為對電極并與電源負(fù)極相連。雖然這種常規(guī)的處理方法操作簡單，但僅適用于對一定面積的零部件進(jìn)行整體處理。而當(dāng)需要對工件局部進(jìn)行PEO處理時(shí)， 必須對不需要處理的表面進(jìn)行良好的密封設(shè)計(jì)，從而使工件局部隔絕電解液，避免因氧化成膜而使表面性質(zhì)及狀態(tài)發(fā)生改變；同樣，當(dāng)需要對大面積工件表面PEO處理時(shí)，必須設(shè)計(jì)足夠大的對電極和足夠大體積的電解槽，并且電源需要具有較高的輸出頻率，這樣才能保證PEO技術(shù)處理的成膜速率和質(zhì)量。上述這些問題的存在，大大增加了 PEO技術(shù)在實(shí)際工業(yè)化生產(chǎn)中使用的難度和限制了技術(shù)的推廣，并將造成資源的不必要浪費(fèi)和工作效率的下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是基于以上背景而開發(fā)，其目的是提供一種適合于工件局部修復(fù)或者大面積工件表面連續(xù)性處理的電解液噴射放電生長陶瓷涂層的裝置及方法，以使得工件局部修復(fù)或者大面積工件表面連續(xù)性處理的工藝操作簡單易行，成膜效率提高。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種電解液噴射放電生長陶瓷涂層的裝置包括電解槽，用于存儲(chǔ)PEO電解液；噴頭，通過一循環(huán)泵泵入存儲(chǔ)于所述電解槽中的電解液，并對待處理試樣進(jìn)行噴；工件載置臺(tái)，位于所述噴頭下方，用于載置待處理試樣，所述工件載置臺(tái)上開設(shè)有用于引流經(jīng)過噴射后的電解液的通孔；電解液收集槽，用于收集由所述通孔流出的電解液，并通過出液管導(dǎo)流回所述電解槽。優(yōu)選地，所述噴頭包括用于手持的手柄和設(shè)置在手柄上的扁平狀的頭體，該頭體具有一定體積的內(nèi)腔，所述內(nèi)腔通過一進(jìn)液管與所述循環(huán)泵相連，在所述頭體上開設(shè)有多個(gè)噴孔。
優(yōu)選地，所述電解液收集槽為漏斗形。本發(fā)明還提供了一種電解液噴射放電生長陶瓷涂層的方法，包括1)電解槽利用循環(huán)泵向噴頭泵入PEO電解液；2)噴頭對準(zhǔn)待處理工件進(jìn)行噴射；3)噴射后的電解液經(jīng)過電解液收集槽并將電解液流回電解槽。優(yōu)選地，所述噴頭包括用于手持的手柄和設(shè)置在手柄上的扁平狀的頭體，該頭體具有一定體積的內(nèi)腔，所述內(nèi)腔通過一進(jìn)液管與所述循環(huán)泵相連，在所述頭體上開設(shè)有多個(gè)噴孔。優(yōu)選地，所述電解液收集槽為漏斗形。本發(fā)明的有益效果是1)設(shè)計(jì)具有噴射效果的噴頭(集液槽陰極)，使得工件局部修復(fù)或者大面積工件表面連續(xù)性處理工作簡單易行；2)設(shè)計(jì)扁平狀的集液槽陰極造型，能夠增大對陰極面積，有效提高了成膜速度和
質(zhì)量；3)設(shè)計(jì)陰極-電解液-陽極直接對接，優(yōu)化電場分布，有效提高了成膜速度和質(zhì)量。


圖1本發(fā)明裝置總體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，以具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。如圖1所示，本發(fā)明一種等離子體電解氧化陶瓷涂層的噴鍍成膜裝置中將陰極系統(tǒng)設(shè)計(jì)成可以手持的噴頭(即電極系統(tǒng))和存儲(chǔ)電解液的電解槽11，電極系統(tǒng)主要包括帶有通孔的頭體1和手柄4。頭體1為扁平狀，采用不銹鋼、鉬合金等惰性電極材料制成，其功能是在PEO處理過程中作為陰極，維持PEO過程中連續(xù)的電流；頭體1具有一定體積的內(nèi)腔，這樣具有儲(chǔ)存電解液的功能，在頭體1上開設(shè)有多個(gè)噴孔2，噴孔2位于頭體1的底部表面50mmX (50 2000)mm區(qū)域內(nèi)，直徑為Φ2πιπι，相鄰孔圓心間距3mm，使得電解液向待處理試樣表面噴射。 頭體1與陰極相連。頭體1的內(nèi)腔連接有塑料制成的進(jìn)液管3，手柄4用常用塑料或膠木的絕緣材料制作。進(jìn)液管3與電解槽11中的微型循環(huán)泵5相連。工作中循環(huán)泵5可以使電解槽11中的 PEO電解液循環(huán)流動(dòng)，這樣不但將PEO過程中產(chǎn)生的大量的熱效應(yīng)帶走，同時(shí)也可以通過電解液的循環(huán)保證參與成膜反應(yīng)的電解液組分恒定。在噴頭下方，置一大型漏斗6 (即電解液收集槽)，在漏斗6上設(shè)置有用于載置待處理試樣7的不銹鋼平板8 (即載置臺(tái))，不銹鋼平板8上開設(shè)有大量通孔9。漏斗6采用不銹鋼、鉬合金等惰性電極材料制成，其功能是在PEO處理過程中作為待處理試樣7的承載體。將待處理試樣7置于平板8上面，噴射過來的電解液通過平板8上的通孔9排出。漏斗下方設(shè)置有塑料制成的出液管12，出液管與電解槽11中PEO電解液連通。
考慮到在PEO過程中，存在高電壓和大電流，因此，陰極系統(tǒng)的外部非工作面以及漏斗6的外部10均采用絕緣樹脂、硅橡膠等材料進(jìn)行密封，以避免電流的泄露及陰陽極之間短接，保證施工的安全性。
在實(shí)際工作中，陰極系統(tǒng)與待處理試樣7的相對移動(dòng)速度可以在0 50mm/min，具體情況可以根據(jù)PEO處理過程中涂層的生長速度做適當(dāng)調(diào)整。在對工件局部修復(fù)或者大面積工件進(jìn)行表面連續(xù)性處理時(shí)，具體實(shí)驗(yàn)操作流程如下
1)將待處理試樣7需要處理的表面進(jìn)行清洗和除油預(yù)處理；
2)將待處理試樣7放置于大型漏斗6上面，需要處理的部位暴露在外面；
3)將電極系統(tǒng)的陰極，即噴頭與PEO電源的負(fù)極連通，將待處理試樣7連接電源的正極；
4)啟動(dòng)微型循環(huán)泵5使噴頭的頭體1內(nèi)充滿電解液，并且能夠直接噴射到待處理試樣7表面；
4)啟動(dòng)PEO電源，當(dāng)對工件局部修復(fù)時(shí)，手持陰極絕緣手柄4，使噴頭(即集液槽) 的電解液向待修復(fù)位置移動(dòng)噴射，這樣工作一段時(shí)間，移動(dòng)陰極，使其對準(zhǔn)下一個(gè)待修復(fù)位置噴射，如此往復(fù)，直至所有的破損位置均重新開始成膜；當(dāng)對大面積工件表面連續(xù)性PEO 處理時(shí)，則固定陰極，工件以一定的速度在陰極集液槽正對位置勻速移動(dòng)，工件被噴射到的位置不斷成膜；
5)根據(jù)設(shè)定的鍍膜厚度來確定工作時(shí)間，最后完成電解液噴射放電生長陶瓷層過程。
實(shí)施例1
如圖1所示，陰極系統(tǒng)設(shè)計(jì)成可以手持的噴頭，采用不銹鋼材料制成，頭體1的底部表面50mmX 2000mm區(qū)域內(nèi)，設(shè)置有直徑為Φ 2mm，相鄰孔圓心間距3mm的噴孔2，手柄4 采用膠木材料制作。頭體1的內(nèi)腔連接有塑料制成的進(jìn)液管3，進(jìn)液管3與電解槽11中的微型循環(huán)泵5相連。在噴頭下方，置一大型不銹鋼材質(zhì)漏斗6 (即電解液收集槽)，在漏斗6 上設(shè)置有用于載置待處理試樣7的不銹鋼平板8 (即載置臺(tái))，不銹鋼平板8上開設(shè)有大量通孔9以排出電解液，漏斗下方設(shè)置有塑料制成的出液管12，出液管與電解槽11中PEO電解液連通。陰極系統(tǒng)的外部非工作面以及漏斗6的外部10均采用絕緣樹脂、硅橡膠等材料進(jìn)行密封。
在對寬2m，長IOm的鋁皮卷筒待處理試樣7的表面進(jìn)行PEO處理前，首先將其進(jìn)行清洗和除油等前處理，之后放置于不銹鋼平板8(即載置臺(tái))上，連接電源正極，同時(shí)使陰極噴頭連接電源負(fù)極，之后啟動(dòng)微型循環(huán)泵5，使噴頭的頭體1內(nèi)充滿電解液，并且能夠直接噴射到待處理試樣7的待處理表面，固定陰極噴頭，采用機(jī)械制動(dòng)方法使待處理鋁皮卷筒在陰極噴頭下方位置以5mm/min的速度在長度方向不斷展開。200min后，切斷PEO電源，關(guān)閉微型循環(huán)泵。以清水清洗已處理的已展開的Im長鋁皮表面，并以吹風(fēng)機(jī)吹干，發(fā)現(xiàn)表面形成均勻的PEO涂層，膜層厚度為5 10 μ m，膜層外觀均勻，無邊緣效應(yīng)造成的破壞和不均勻燒蝕現(xiàn)象。
實(shí)施例2
對鎂合金工件表面的5處IOOmmX IOOmm面積大的缺陷進(jìn)行局部修復(fù)時(shí)，在陰極噴頭頭體1的底部表面50mmX IOOmm區(qū)域內(nèi)設(shè)置噴孔2，PEO處理前首先對待修復(fù)位置進(jìn)行清洗和除油預(yù)處理，之后將工件整體置于不銹鋼平板8(即載置臺(tái))上，并使第一個(gè)待修復(fù)位置暴露在噴頭下方。采用與上述實(shí)施例1相似的裝置和操作方法，固定工件，手持陰極噴頭使其在待處理的平面區(qū)域以5mm/min的速度移動(dòng)，20min后完成第一個(gè)破損位置的修復(fù)。移動(dòng)第二個(gè)待修復(fù)位置使其暴露在噴頭下方，操作流程和第一個(gè)位置處理過程類似，20min后完成第二個(gè)破損位置的修復(fù)。類似的依次對后面三個(gè)待修復(fù)位置進(jìn)行PEO處理，分別處理 20min后，所有的破損區(qū)域均生成了均勻的白色陶瓷涂層，涂層厚度為5 10 μ m。
權(quán)利要求
1.一種電解液噴射放電生長陶瓷涂層的裝置，其特征在于，包括電解槽，用于存儲(chǔ) PEO電解液；噴頭，通過一循環(huán)泵泵入存儲(chǔ)于所述電解槽中的電解液，并對待處理試樣進(jìn)行噴；工件載置臺(tái)，位于所述噴頭下方，用于載置待處理試樣，所述工件載置臺(tái)上開設(shè)有用于引流經(jīng)過噴射后的電解液的通孔；電解液收集槽，用于收集由所述通孔流出的電解液，并通過出液管導(dǎo)流回所述電解槽。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述噴頭包括用于手持的手柄和設(shè)置在手柄上的扁平狀的頭體，該頭體具有一定體積的內(nèi)腔，所述內(nèi)腔通過一進(jìn)液管與所述循環(huán)泵相連，在所述頭體上開設(shè)有多個(gè)噴孔。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述頭體的開設(shè)噴孔的端面的面積為 50mm X 50 2000mm。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述頭體與所述待處理試樣的相對移動(dòng)速度可以在0 50mm/min。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電解液收集槽為漏斗形。
6.一種電解液噴射放電生長陶瓷涂層的方法，包括1)電解槽利用循環(huán)泵向噴頭泵入PEO電解液；2)噴頭對準(zhǔn)待處理工件進(jìn)行噴射；3)噴射后的電解液經(jīng)過電解液收集槽并將電解液流回電解槽。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述噴頭包括用于手持的手柄和設(shè)置在手柄上的扁平狀的頭體，該頭體具有一定體積的內(nèi)腔，所述內(nèi)腔通過一進(jìn)液管與所述循環(huán)泵相連，在所述頭體上開設(shè)有多個(gè)噴孔。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述電解液收集槽為漏斗形。
9.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述噴頭與所述待處理試樣的相對移動(dòng)速度可以在0 50mm/min。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電解液噴射放電生長陶瓷涂層的裝置，包括電解槽，用于存儲(chǔ)PEO電解液；噴頭，通過一循環(huán)泵泵入存儲(chǔ)于所述電解槽中的電解液，并對待處理試樣進(jìn)行噴；工件載置臺(tái)，位于所述噴頭下方，用于載置待處理試樣，所述工件載置臺(tái)上開設(shè)有用于引流經(jīng)過噴射后的電解液的通孔；電解液收集槽，用于收集由所述通孔流出的電解液，并通過出液管導(dǎo)流回所述電解槽。本發(fā)明還公開了一種電解液噴射放電生長陶瓷涂層的方法。本發(fā)明提出一種適合于工件局部修復(fù)或者大面積工件表面連續(xù)性處理的PEO成膜新方法；同時(shí)設(shè)計(jì)了一種具有噴鍍模式的PEO處理裝置，從而使工件局部修復(fù)或者大面積工件表面連續(xù)性處理的工藝操作簡單易行，成膜效率提高。
文檔編號C25D11/02GK102492975SQ201110452850
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者劉曉靜, 夏原, 李光 申請人:中國科學(xué)院力學(xué)研究所