CN104264200B - 微弧氧化处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微弧氧化处理装置及方法，属于材料表面处理技术领域。微弧氧化处理装置包括：电源、喷头、循环泵、第一输送管、第二输送管以及储液槽，所述第一输送管的一端与所述喷头连接，所述第一输送管的另一端与所述循环泵连接，所述循环泵与所述储液槽通过所述第二输送管连接，所述循环泵与所述电源电连接，所述喷头与所述电源的阴极电连接。利用本发明能够对工件进行现场的修复，可以对工件的磨损、划痕、裂缝等进行局部修理。通过本发明提供的微弧氧化处理方法能有效地缩短作业时间，提高生产效率。

Description

微弧氧化处理装置及方法

技术领域

本发明涉及材料表面处理技术领域，具体而言，涉及一种微弧氧化处理装置及方法。

背景技术

微弧氧化技术是一种在铝、镁、钛等轻金属合金表面原位生长陶瓷层的高新技术。通过将金属或合金置于电解液中，施加电场使金属表面产生大量放电现象，在热化学、等离子体化学和电化学的共同作用下生成致密的陶瓷氧化膜。

微弧氧化膜层与金属基体之间的结合非常牢固，微弧氧化膜层的结构致密，具有良好的硬度、耐磨、耐腐蚀、耐高温冲击和电绝缘等特性。对于在特种环境下工作的机械设备而言，微弧氧化技术解决了很多机械领域的难题。

当前，微弧氧化技术被广泛用于对大型设备进行修理或维护，例如对船舶、飞机机身、石油设备的裂纹和破损部位进行修复，对断裂的工件进行联接。由于现有的微弧氧化设备需使用氧化槽、冷却塔等辅助设备，微弧氧化装置整体不方便移动，所以各种设备、工件进行修复时，需要将设备返回原厂，将整个带修复工件放入氧化槽中进行修复处理，待修复设备运输困难，维护成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微弧氧化处理装置及方法，以实现对设备进行现场的修复处理，降低维护成本。

本发明是这样实现的：

一种微弧氧化处理装置，包括：电源、喷头、循环泵、第一输送管、第二输送管以及储液槽，所述第一输送管的一端与所述喷头连接，所述第一输送管的另一端与所述循环泵连接，所述循环泵与所述储液槽通过所述第二输送管连接，所述循环泵与所述电源电连接，所述喷头与所述电源的阴极电连接。

进一步地，所述喷头的形状为长方体形，所述喷头设置有进液接口、出液口以及接线柱，所述喷头通过所述接线柱与所述电源的阴极电连接，所述喷头的内部还设置有空腔，所述进液接口、所述出液口分别与所述空腔连通，所述进液接口通过所述第一输送管与所述循环泵连接。利用喷头来喷出电解液从而对于设备进行微弧氧化处理，喷头的设计简单、使用方便，有利于快速、简便地对设备进行修复作业。喷头通过接线柱与电源的阴极连接，这样就方便于对电源使用的电缆进行更换。

进一步地，所述喷头还包括钢片，所述钢片设置有至少一个通孔，所述钢片与所述喷头设置有所述出液口的一面通过螺钉可拆卸连接，且所述出液口与所述通孔相对。钢片可拆卸，这就方便了对损坏的钢片进行更换，提高喷头的使用寿命，减少更换整个设备的使用成本。此外，钢片设置有通孔，针对不同的设备设计具有不同尺寸的通孔的钢片。钢片的不同尺寸可以起到调节电解液的流量的作用，从而改变微弧氧化的处理效果。

进一步地，所述喷头设置有所述出液口的一面设置有两个绝缘块，所述出液口位于两块所述绝缘块之间。绝缘块的设计使用本发明提供的微弧氧化设备更加的安全、可靠。由于在进行微弧氧化操作时需要带电操作，绝缘块的设计能够有效地避免喷头与设备直接直接接触造成短路的问题，从而保护操作人员和微弧氧化设备。

进一步地，所述喷头相对于所述设置有所述出液口的一面设置有绝缘杆，所述绝缘杆与所述喷头通过螺纹连接。操作人员可以利用绝缘杆进行操作，由于人体远离喷头，这样可以有效地保护操作人员的安全，防止电解液意外溅到人体的情况的发生。

进一步地，所述绝缘杆的表面设置有防滑纹。由于操作人员在使用本发明提供的微弧氧化装置进行作业时，需要捏握绝缘杆进行操作，所以设置防滑纹可以避免长时间使用时手掌出汗不容易拿稳绝缘杆的问题的发生。

进一步地，所述微弧氧化处理装置还包括回收电解液的回收槽。为了避免电解液的浪费，设计回收槽来回收电解液从而节约成本。此外，回收槽可以避免电解液对作业现场其他设备的影响。

使用本发明提供的微弧氧化处理装置进行微弧氧化的方法，包括以下步骤：

(1)对工件的待作业表面进行预处理；

(2)配制电解液，将电解液放入所述储液槽；

(3)将待作业表面经过预处理后的工件与所述电源的阳极电连接，设置于所述喷头的所述接线柱与所述电源的阴极电连接；

(4)通过电源设定电参数；

(5)将所述喷头靠近工件的经过预处理后的待作业表面，接通电源，对工件的经过预处理后的待作业表面进行微弧氧化处理。

进一步地，所述电解液包括以下四种电解液中的一种：30g/L的六偏磷酸钠水溶液、10g/L的钨酸钠水溶液、6g/L的氢氧化钠水溶液、3g/L的磷酸水溶液。

进一步地，所述电参数为：电压范围为550V至650V，频率为500HZ，占空比为3％至5％。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明提供的微弧氧化处理装置及其微弧氧化方法，利用喷头喷射电解液到待修复工件的表面进行微弧氧化处理。由于不需要采用冷却设备和电解槽等设备，微弧氧化处理装置的结构简单、便于移动，可以对工件进行现场的、局部的修复。此外，现有技术中，将工件送回原厂修理的需要大笔运输和维修开销，利用本发明提供的微弧氧化处理装置，可以方便地对工件进行维护，节约了维修和运输成本，也提高了工件的工作时间。

本发明提供的微弧氧化方法简单、便于操作，减少了工作时间，从而提高了生产效率；另外，微弧氧化膜层的质量好，提高了对工件、设备的修复效果。

附图说明

图1示出了本发明实施例提供的微弧氧化处理装置的结构示意图；

图2示出了本发明实施例提供的微弧氧化处理装置中的喷头的结构示意图；

图3示出了本发明实施例提供的微弧氧化处理方法的流程图。

附图标记说明

101—喷头；102—电源；103—循环泵；104—储液槽；

105—工件；106—回收槽；201—进液接口；202—接线柱；

203—绝缘块；204—绝缘杆；205—钢片；206—通孔。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

参阅图1-图2，本发明实施例提供的一种微弧氧化处理装置，包括：电源102、喷头101、循环泵103、第一输送管、第二输送管以及储液槽104，第一输送管的一端与喷头101连接，第一输送管的另一端与循环泵103连接，循环泵103与储液槽104通过第二输送管连接，循环泵103与电源102电连接，喷头101与电源102的阴极电连接。

电源可以对电压、频率以及占空比进行调节，其中电压范围为0V至700V(包括700V)，频率为30HZ至1500HZ(包括30HZ和1500HZ)，占空比为3％至90％(包括3％和90％)。

本发明提供的微弧氧化处理装置，结构简单、移动方便，可以对设备进行现场的处理。相比于现有的微弧氧化处理装置更加方便于使用。

使用本发明提供的微弧氧化处理装置时，电解液自喷头101喷出到待进行修复处理的设备，并且在电场的作用下对设备的作业位置进行微弧氧化处理。由于不需要将待修复的设备整体放置于电解槽中进行作业，本发明提供的微弧氧化处理装置，可以针对设备的损坏或者破损部位进行处理，实现对设备的本地、现场修复。通过对设备的局部区域进行现场的维护，省去了将设备返回原厂进行的诸多麻烦和运输成本，对于一些精密仪器可以实现不移动的作业，从而避免对设备进行移动造成其精准度下降和不可修复的问题的发生。

喷头101的形状为长方体形，喷头101设置有进液接口201、出液口以及接线柱202，喷头101通过接线柱202与电源102的阴极电连接，喷头101的内部还设置有空腔，进液接口201、出液口分别与空腔连通，进液接口201通过第一输送管与循环泵103连接。

喷头101内部设置有空腔，这就可以使得电解液在从喷头101喷出前能够进行一定的预混合，避免电解液经过长距离的输送造成浓度的不均匀进而影响最后的微弧氧化处理效果。

进液接口201的设置使得微弧氧化处理装置与第一输送管的连接更方便，更换第一输送管也更容易。当喷头101经过长期的使用后，空腔中容易产生污垢造成对电解液的污染或者堵塞出液口，这就容易造成喷头101的损坏而无法正常工作。此时，可以将第一输送管从进液接口201拆卸下来，通过进液接口201和出液口对空腔进行清洗。

为了提高微弧氧化处理装置的应用范围，使得微弧氧化处理装置可以针对不同的设备需求进行修复处理，喷头101还设置有钢片205，钢片205设置有通孔206，钢片205与喷头101设置有出液口的一面通过螺钉可拆卸连接，且出液口与通孔206相对。本实施例中设置有多个通孔206，也可以设置至少一个通孔206。由于不同的设备对电解液的需求不同，需要不同尺寸和/或数量的通孔206对电解液的喷出进行控制。设置钢片205，且钢片205与喷头101可拆卸连接，电解液通过钢片205上布置的通孔206喷出，钢片205可以有多种型号，不同型号的钢片205具有不同尺寸的通孔206，通过更换钢片205可以起到调节电解液的喷出量和喷出速度的作用。

第一输送管和第二输送管的外壁均设置有螺旋保护套，以防止第一输送管和第二输送管在使用过程中弯折，进而造成电解液无法输送的问题的发生。另外，螺旋保护套对第一输送管和第二输送管起到了保护作用。在使用本发明提供的微弧氧化处理装置时，第一输送管和第二输送管经常会处于移动状态，这就容易造成对其的磨损和破坏。螺旋保护套的设置则有效地保护第一输送管和第二输送管，防止第一输送管和第二输送管破损后电解液泄漏的危险。

使用本发明提供的微弧氧化处理装置进行作业时，喷头101与待修复的设备、工件105接近，在意外状况下容易发生喷头101与设备、工件105接触造成微弧氧化处理装置的电路系统短路的问题。因此，喷头101设置有两块绝缘块203，绝缘块203设置于喷头101设置有出液口的一面，且出液口位于两块绝缘块203之间。绝缘块203将喷头101与设备之间隔开一定空隙，从而防止喷头101与设备、工件105接触。

利用本实施例提供的微弧氧化处理装置对工件105进行修复时，为了保持喷头101的稳定，可以设置一个支撑架，利用支撑架将喷头101固定。将喷头101放置于靠近待修复的工件105的表面，电解液从喷头101喷出，并且在电场的作用下，在待修复的工件105的表面氧化生成微弧氧化膜层。

也可以设计一个悬挂臂，利用悬挂臂将喷头101固定，使喷头101靠近待修复的工件105的表面，进而对工件105进行修复处理。

作为另外一种实施方式，本实施例中，喷头101相对于设置有出液口的一面设置有绝缘杆204，绝缘杆204与喷头101通过螺纹连接。在进行微弧氧化作业时，握住绝缘杆204使喷头101靠近设备，来对设备进行修复。由于绝缘杆204将人体与喷头101隔开一定的距离，这就避免了电解液喷出时溅到人体的危险，同时也能够防止误触喷头而触电的危险。

当需要长时间进行微弧氧化处理时，握捏绝缘杆204太久，手掌容易出汗进而不能稳定地握住绝缘杆204。由于握拿绝缘杆204不稳而造成喷头101的随意晃动会对设备的修复效果造成巨大的影响。为了避免这种问题的发生，绝缘杆204的表面设置有防滑纹。防滑纹增大了手掌与绝缘杆204之间的摩擦，使得操作时能够更加稳定地握拿绝缘杆204。

微弧氧化装置还可以设置有回收槽106，利用回收槽106可以回收电解液。本发明提供的微弧氧化处理装置，是通过喷头101将电解液直接喷到待修复工件105的表面，然后通过电场的作用来进行微弧氧化处理。电解液喷出到待修复工件105的表面后，多余的或者发生微弧氧化后的电解液容易四处溅落，这一方面造成了电解液的浪费，另一方面，电解液的堆积容易造成对其他物品的污染和损坏。回收槽106可以很好地解决上述问题，电解液不会聚集四处流动，而且回收的电解液经过处理可以再次循环利用。

参阅图3，本发明实施例还提供了一种利用本发明提供的微弧氧化处理装置进行微弧氧化处理的方法，包括以下步骤：

第一步，对工件待作业表面进行预处理。

对工件的预处理是很有必要的，将工件的表面进行预处理可以提高微弧氧化处理的效果。预处理过程可以包括：清除掉工件表面的物质，比如对锈质进行清理，防止杂质与电解液中物质发生化学反应影响微弧氧化处理的修复效果。首先利用砂纸对工件的表面进行打磨，去除工件表面的沉积物例如粉尘堆积物、水中的矿物质形成的水垢；然后利用抛光剂例如金刚砂、金属抛光粉末对工件表面进行抛光处理；利用酒精对工件进行清洗，最后用去离子水来冲洗工件表面并且对工件进行干燥以备下面的操作使用。

第二步，针对需要进行微弧氧化处理的工件的特性确定电解液配方，并且按照电解液配方配制电解液，然后将电解液放入储液槽。

电解液成分是得到合格膜层的关键因素。微弧氧化处理过程中电解液一般选用含有一定金属或非金属氧化物的碱性盐溶液，如硅酸盐、磷酸盐、硼酸盐。本发明提供的微弧氧化方法中使用的电解液可以选用30g/L的六偏磷酸钠水溶液，或者10g/L的钨酸钠水溶液，或者6g/L的氢氧化钠水溶液或者3g/L的磷酸水溶液。

第三步，将工件与电源的阳极电连接，设置于喷头的接线柱与电源的阴极电连接。为了使微弧氧化作业的效果更好，将工件的待修复部位与电源的阳极电连接。

第四步，针对工件和方法要求确定电参数，然后通过电源设定电参数。

电源的电参数是微弧氧化处理的效果的一个重要影响因素。本发明提供的微弧氧化方法中的电参数可以为：电压在0V至600V(包括600V)之间调整，频率在400HZ至600HZ(包括400HZ和600HZ)之间调整；占空比在5％至30％(包括5％和30％)之间调整。针对本发明提供的微弧氧化处理装置确定上述的电参数，通过实验得到上述微弧氧化处理效果的理想的电参数。

较优的，电参数可以为：电压为550V至600V，占空比3％至5％，频率为500HZ。发明人经过不断研究发现，采用上述电参数进行微弧氧化处理的效果更好。

第五，将喷头靠近待进行微弧氧化处理的工件并且接通电源，进行微弧氧化处理。接通电源后，循环泵进行工作从而将电解液从储液槽泵出到喷头并且喷出到工件表面，喷头与工件之间形成电场，电解液在电场的作用下发生化学反应。可选的，喷头与工件的距离50mm至100mm。微弧氧化处理时间为15分钟。最后对微弧氧化膜的厚度进行测量，结果为8μm-10μm。

在对工件进行微弧氧化处理时，可以通过观察作业在工件表面产生的弧光的大小和颜色控制处理的过程。

现有技术中，经过一段时间的使用后，微弧氧化过程中使用的电解液中会出现一些杂质，电解液会由澄清状态变得浑浊，甚至出现大量的沉淀物。电解液的变质将导致微弧氧化膜层的表面产生裂纹、突起以及膜厚的不均匀，这使得微弧氧化膜层容易在电场作用下被击穿而难以继续进行微弧氧化处理。这就造成了电解液的浪费，使得工件造成二次损害的问题。

此外，在相同的电参数条件下，电解液的浓度的提升，对微弧氧化处理过程中的成膜速度有一定的促进效果，但是电解液却容易产生絮状沉淀物；如果降低电解液的浓度，则会在一定程度减慢微弧氧化成膜的速度，这就会增加用电的成本和人工成本。

本发明提供的微弧氧化方法采用喷头将电解液喷射到工件表面进行作业。由于无需将工件浸置于电解槽中的电解液，在工件表面的电解液始终是原始配制的成分和浓度，这就不会造成由于电解液储存于电解槽内，在微弧氧化处理的过程中，电解液反复使用造成其效果的下降的问题。另外，现有的微弧氧化方法，工件置于电解槽中，在微弧氧化处理的过程中，电解液的温度会不断聚积，电解液的温度的上升对微弧氧化处理产生了极大地影响。本发明不使用电解槽而是利用喷头将电解液喷射到待修复工件的表面，这就不会产生电解液由于温升造成对微弧氧化处理的效果的影响，这就增大了本发明提供的微弧氧化处理装置的使用范围，降低了操作的难度。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种微弧氧化处理装置，其特征在于，包括：电源、喷头、循环泵、第一输送管、第二输送管以及储液槽，所述第一输送管的一端与所述喷头连接，所述第一输送管的另一端与所述循环泵连接，所述循环泵与所述储液槽通过所述第二输送管连接，所述循环泵与所述电源电连接，所述喷头与所述电源的阴极电连接；所述喷头设置有进液接口、出液口以及接线柱，所述喷头通过所述接线柱与所述电源的阴极电连接，所述喷头的内部还设置有空腔，所述进液接口、所述出液口分别与所述空腔连通，所述进液接口通过所述第一输送管与所述循环泵连接；所述喷头还包括钢片，所述钢片设置有至少一个通孔，所述钢片与所述喷头设置有所述出液口的一面可拆卸连接，且所述出液口与所述通孔相对；钢片与喷头设置有出液口的一面通过螺钉可拆卸连接，且出液口与通孔相对，喷头设置有两块绝缘块，绝缘块设置于喷头设置有出液口的一面。

2.根据权利要求1所述的微弧氧化处理装置，其特征在于，所述喷头的形状为长方体形。

3.根据权利要求1所述的微弧氧化处理装置，其特征在于，所述喷头相对于所述设置有所述出液口的一面设置有绝缘杆，所述绝缘杆与所述喷头通过螺纹连接。

4.根据权利要求3所述的微弧氧化处理装置，其特征在于，所述绝缘杆的表面设置有防滑纹。

5.根据权利要求1至4之一所述的微弧氧化处理装置，其特征在于，所述微弧氧化处理装置还包括回收电解液的回收槽。

6.使用权利要求1所述的微弧氧化处理装置进行微弧氧化的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)对工件的待作业表面进行预处理；

(2)配制电解液，将电解液放入所述储液槽；

(3)将待作业表面经过预处理后的工件与所述电源的阳极电连接，设置于所述喷头的所述接线柱与所述电源的阴极电连接；

(4)通过电源设定电参数；

(5)将所述喷头靠近工件的经过预处理后的待作业表面，接通电源，对工件的经过预处理后的待作业表面进行微弧氧化处理。

7.根据权利要求6所述的微弧氧化处理方法，其特征在于，所述电解液包括以下四种电解液中的一种：30g/L的六偏磷酸钠水溶液、10g/L的钨酸钠水溶液、6g/L的氢氧化钠水溶液、3g/L的磷酸水溶液。

8.根据权利要求7所述的微弧氧化处理方法，其特征在于，所述电参数为：电压范围为550V至650V，频率为500HZ，占空比为3％至5％。