CN106868568B - 一种超大型钛合金构件的发蓝阳极氧化装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种超大型钛合金构件的发蓝阳极氧化装置，具有移动式阴极，移动式阴极包括不锈钢板、吸水布和绝缘手柄，不锈钢板上设有通孔和绝缘手柄，盛放氧化溶液的溶液箱上用于添加氧化溶液的导管插入通孔中，吸水布包裹在不锈钢板外，以吸收通过导管以及通孔流出的氧化溶液，通过压动绝缘手柄，将不锈钢板按压在钛合金构件的待氧化部位上，吸水布在压力作用下产生形变与待氧化部位紧密贴合；利用本装置对超大型钛合金构件进行发蓝阳极氧化的方法包括除油、氧化溶液配置、发蓝氧化处理和清洗干燥，移动式阴极能够和待氧化部位紧密贴合，在移动中完成氧化过程，从而解决现有发蓝阳极氧化技术对超大型工件氧化困难的问题，以及复杂平面的处理问题。

Description

一种超大型钛合金构件的发蓝阳极氧化装置及方法

技术领域

本发明属于钛合金加工技术领域，尤其涉及一种超大型钛合金构件的发蓝阳极氧化装置及方法，可试用于平面、焊缝、内孔等部位。

背景技术

钛及钛合金具有优良的性能，如密度小、比强度高、耐海水及海洋环境腐蚀、无磁性等，是一种性能优异的舰船材料，钛及钛合金的应用，不仅可以减轻舰船的整体重量，延长设备的使用寿命，同时可以提高舰船整体的技术性能。目前在舰船领域已经应用的有潜艇及深潜器上的主壳体、舰船管道系统、声纳系统、动力装置等部位。钛及钛合金由于其独特的性能，在航空、航天、船舶、汽车以及其它日常用品等领域也得到广泛的应用。

然而，钛及钛合金也存在的一些问题，例如钛合金与低电位金属间的接触腐蚀问题、自身的耐磨问题以及生物污损问题等，在很大程度上影响着其应用范围。因此，未来进一步扩大钛合金的应用领域，必须对钛合金进行表面处理。钛合金的发蓝阳极氧化技术是一项操作简单、成本低，效果好的表面处理技术。钛合金发蓝阳极氧化技术已经在国内外得到了非常大的发展，并成功应用于各大行业。

发蓝阳极氧化技术是在相应的电解液和特殊的工艺条件下，施加外加电压，在钛合金表面形成一层氧化物陶瓷膜层的技术，是提高钛合金性能的一种有效的表面处理方法。由于阳极氧化膜层具有非常优异的性能，可以大大提高钛合金工件的耐磨性、耐腐蚀性、绝缘性等，因此得到较广泛的应用。

当前，发蓝阳极氧化技术广泛用于钛合金工件的表面处理，目前的发蓝阳极氧化的生产作业普遍流程是将待氧化工件除油后放入溶液槽中施加电压进行氧化处理，对于普通尺寸的工件，处理效果优越，氧化后的膜层均匀、颜色一致，但是对于尺寸特别大的工件的氧化,该方法没有办法进行处理。

现有解决超大型钛合金工件的阳极氧化的主要技术是设计局部氧化装置，采用局部氧化的方法来实现超大型钛合金的阳极氧化处理。目前的局部氧化工装大多采用的方法是设计小型溶液槽，在溶液槽的工作面设计不锈钢板当做阴极，连接到氧化电源的负极，在溶液槽上设计进液口和出液口，溶液槽与钛合金工件工作的界面采用密封材料密封住。如申请号为201380015626.3的发明专利《部分阳极氧化装置及使用其的阳极氧化处理方法》中，针对异形截面形状形成的型材设计的阳极氧化设置，将溶液槽分割为两个部分槽体，以型材的局部位于槽外的方式，将两部分槽体夹持住该型材，从而形成密闭型的电解室，此种装置只针对型材设计的可移动阴极，不适合其它大型管路的氧化作业；申请号为201020592705.4的发明专利《一种用于超大工件外表面局部处理的微弧氧化装置》中，采用桶形储液罐，储液罐与工件的接触处有绝缘密封圈，在储液罐上固定有进液管和出液管，进液管和储液罐与电解液储液罐密封相通，储液罐顶端设计的有不锈钢阴极，与氧化电源负极相连，采用该方法可以处理超大面积的铝、镁、钛金属及其合金的表面，但是该方法只适用于平面结构的工件表面，对于处理带有焊缝、法兰面、凸台等特殊结构的构件时没有很好的解决办法；申请号为200820222787.6的使用新型专利《一种大面积钛板表面局部厚膜氧化装置》中，采用一个上部开有矩形口且底部为平面的不锈钢容器以及电源，所述不锈钢容器与置于其开口上的被处理钛板之间形成一个用于盛装电解处理液的密封空腔，不锈钢容器上设置有分别与制冷机相接且保证不锈钢容器内部电解处理液的温度在20-30℃的进液管和出液管，该专利能有效降低厚膜氧化工艺对电源功率的要求并减小电源的体积，但是有同样的弊端，只能处理平面结构的钛板。

综上所述，现有解决超大型钛合金工件的氧化处理的技术各有优缺点，通过设计便携式、小体积氧化工装的方法可行性更高，上述方法对于形状特殊的构件没有很好的解决办法。本发明将提供一种超大型钛合金构件发蓝阳极氧化处理装置及方法，具有操作简单、可以现场作业等优点，实现了超大型钛合金构件复杂部位的发蓝氧化问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种超大型钛合金构件发蓝阳极氧化处理装置及方法，采用移动式阴极，并使移动式阴极能够和待氧化部位紧密贴合，在移动中完成氧化过程，从而解决现有发蓝阳极氧化技术对超大型工件氧化困难的问题，以及复杂平面的处理问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种超大型钛合金构件的发蓝阳极氧化装置，具有移动式阴极，并与发蓝氧化电源的负极连接，待处理的钛合金构件为阳极，与发蓝氧化电源的正极连接，所述移动式阴极包括不锈钢板、吸水布和绝缘手柄，不锈钢板上设有通孔和绝缘手柄，盛放氧化溶液的溶液箱上用于添加氧化溶液的导管插入所述的通孔中，所述吸水布包裹在不锈钢板外，以吸收通过导管以及通孔流出的氧化溶液，通过压动绝缘手柄，将不锈钢板按压在钛合金构件的待氧化部位上，吸水布在压力作用下产生形变与待氧化部位紧密贴合。

所述不锈钢板的底部通过可拆卸方式安装有仿形挡块。

所述氧化溶液的成分及组成为：5-90g/L的磷酸钠、1-50g/L的氢氧化钠、1-30g/L的乙二胺四乙酸二钠。

利用所述的发蓝阳极氧化装置对超大型钛合金构件进行发蓝氧化的方法，包括如下步骤：

步骤一：在室温下，在蒸馏水中配制碱性除油剂，并利用碱性除油剂对钛合金构件的待氧化部位进行除油处理，全部待氧化部位除油后，采用流动的蒸馏水清洗干净；

步骤二：根据待氧化部位的形状，选择是否安装仿形挡块，并在不锈钢板外包裹吸水布；

步骤三：将不锈钢板用导线连接发蓝氧化电源的负极，将钛合金构件连接到发蓝氧化电源的正极，将配置好的氧化溶液添加到所述的溶液箱中，备用；

步骤四：将不锈钢板放置在钛合金构件的待氧化部位，打开溶液箱的阀门，使氧化溶液流入吸水布中，并压动绝缘手柄使不锈钢板压迫吸水布产生形变以贴合在待氧化部位；然后开启发蓝氧化电源，操纵绝缘手柄使移动式阴极匀速在待处理部位移动进行发蓝氧化处理；

步骤五：发蓝氧化结束后，用流动的蒸馏水将氧化部位清洗干净，然后采用压缩空气吹干。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

第一，本发明的装置及方法利用吸水布受压形变的特点使作为阴极的不锈钢板可以与平面、焊缝等不同的氧化部位的结构紧密贴合，从而解决超大型钛合金构件的现场发蓝阳极氧化的问题。

第二，虽然利用吸水布能够实现不锈钢板与复杂平面的贴合，但是为了进一步保证移动式阴极在移动过程中始终保持贴合的紧密度，本装置还采用仿形挡块的结构，仿形挡块的尺寸、形状与待氧化部位相匹配吻合，在使用时，仿形挡块可以更好的保证不锈钢板与待氧化部位的贴合程度。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是利用不锈钢阴极处理平面时的截面示意图；

图3是利用不锈钢阴极处理法兰盘时的截面示意图；

图4是利用不锈钢阴极处理焊缝时的截面示意图；

图中标记：1、钛合金构件，2、移动式阴极，201、不锈钢板，202、绝缘手柄，203、负极接电柱，204、吸水布，205、仿形挡块，3、溶液箱，4、阀门，5、导管，6、发蓝氧化电源，7、法兰焊缝，8、焊缝。

具体实施方式

下面结合附图，通过具体的实施方式对本发明的技术方案作进一步的说明。

本实施例以超大型钛合金管道为例，利用本装置对其内壁的不同部位进行发蓝阳极氧化处理，包括平面处理、法兰圆盘处理和焊缝处理；由于超大型钛合金管道直径很大，可达数米，因此内壁待氧化的部位可等同于平面。

实施例1：如图所示，一种超大型钛合金构件的发蓝阳极氧化装置，其阳极为待氧化的超大型的钛合金构件1，阴极采用移动式阴极2，移动式阴极2包括不锈钢板201、吸水布204和绝缘手柄202，不锈钢板201上表面设置绝缘手柄202和负极接电柱203，吸水布204包裹在不锈钢板201的下表面及侧面，不锈钢板201上设有连通上下表面的通孔，用以盛放氧化溶液的溶液箱3通过导管5与通孔连通；进一步的，在不锈钢板201的下表面还可以用螺栓安装仿形挡块205，仿形挡块205与不锈钢板201共同组成的结构与待氧化部位的形状、尺寸相匹配，以保证移动式阴极2能够和待氧化部位紧密贴合。

利用本发明的装置进行发蓝阳极氧化的方法包括如下步骤：

步骤一：在室温下，在蒸馏水中配制碱性除油剂，并利用碱性除油剂对超大型钛合金构件1的待氧化部位进行除油处理，全部待氧化部位除油后，采用流动的蒸馏水清洗干净；

步骤二：根据待氧化部位的形状，选择是否安装仿形挡块205，并在不锈钢板201外包裹吸水布204，组成移动式阴极2；

步骤三：将不锈钢板201用导线连接发蓝氧化电源6的负极，将超大型钛合金构件1连接到发蓝氧化电源6的正极，所用的发蓝氧化电源6为直流电源，氧化电压10-100V；

步骤四：在蒸馏水中（50L）依次加入1500g磷酸钠，100g氢氧化钠，100g乙二胺四乙酸二钠，配置氧化溶液，将配置好的氧化溶液添加到所述的溶液箱3中，备用；

步骤五：将移动式阴极2放置在钛合金构件1的待氧化部位，打开溶液箱3的阀门4，使氧化溶液流入吸水布204中，并压动绝缘手柄202使不锈钢板201压迫吸水布产生形变后紧密贴合在待氧化部位；然后开启发蓝氧化电源6，电源升至25V，操纵绝缘手柄202使移动式阴极2以1m/min的速度匀速在待处理部位移动进行发蓝氧化处理，在此过程中，由溶液箱3持续对吸水布204进行氧化溶液的补充；

步骤五：发蓝氧化结束后，用流动的蒸馏水将氧化部位清洗干净，然后采用压缩空气吹干。

对发蓝阳极氧化处理后的钛合金构件进行检验，观察氧化膜层外观，氧化后的膜层光滑、颜色均匀，整体呈蓝色。

当对平面处理时，在对平面进行处理时，不需要安装仿形挡块205（如图2所示）；而对法兰圆盘的法兰焊缝7或双面焊缝8结构进行处理时，需要选择合适的仿形挡块205（如图3、4所示），以保证移动式阴极2可以更好的与待氧化部位紧密贴合并移动。

实施例2：在实施例1的基础上，所述氧化溶液的配制方法是：在50L蒸馏水中依次加入250g磷酸钠，50g氢氧化钠，50g乙二胺四乙酸二钠，混合均匀得到的，其余与实施例1相同。

实施例3：在实施例1的基础上，所述氧化溶液的配制方法是：在50L蒸馏水中依次加入4500g磷酸钠，2500g氢氧化钠，1500g乙二胺四乙酸二钠，混合均匀得到的，其余与实施例1相同。

实施例4：在实施例1的基础上，所述氧化溶液的配制方法是：在50L蒸馏水中依次加入2000g磷酸钠，1500g氢氧化钠，750g乙二胺四乙酸二钠，混合均匀得到的，其余与实施例1相同。

Claims (4)

1.一种超大型钛合金构件的发蓝阳极氧化装置，具有移动式阴极（2），并与发蓝氧化电源（6）的负极连接，待处理的钛合金构件（1）为阳极，与发蓝氧化电源（6）的正极连接，其特征在于：所述移动式阴极（2）包括不锈钢板（201）、吸水布（204）和绝缘手柄（202），不锈钢板（201）上设置通孔和绝缘手柄（202），盛放氧化溶液的溶液箱（3）上用于添加氧化溶液的导管（5）插入所述的通孔中，所述吸水布（204）包裹在不锈钢板（201）外，以吸收通过导管（5）以及通孔流出的氧化溶液，压动绝缘手柄（202），将不锈钢板（201）按压在钛合金构件（1）的待氧化部位上，吸水布（204）在压力作用下产生形变与待氧化部位紧密贴合。

2.根据权利要求1所述的一种超大型钛合金构件的发蓝阳极氧化装置，其特征在于：所述不锈钢板（201）的底部通过可拆卸方式安装有仿形挡块（205）。

3.根据权利要求2所述的一种超大型钛合金构件的发蓝阳极氧化装置，其特征在于：所述氧化溶液的成分及组成为：5-90g/L的磷酸钠、1-50g/L的氢氧化钠、1-30g/L的乙二胺四乙酸二钠。

4.利用权利要求3所述的发蓝阳极氧化装置对超大型钛合金构件进行发蓝阳极氧化的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：在室温下，在蒸馏水中配制碱性除油剂，并利用碱性除油剂对钛合金构件（1）的待氧化部位进行除油处理，全部待氧化部位除油后，采用流动的蒸馏水清洗干净；

步骤二：根据待氧化部位的形状，选择是否安装仿形挡块（205），并在不锈钢板（201）外包裹吸水布（204）；

步骤三：将不锈钢板（201）用导线连接发蓝氧化电源（6）的负极，将钛合金构件（1）连接到发蓝氧化电源（6）的正极，将配置好的氧化溶液添加到所述的溶液箱（3）中，备用；

步骤四：将不锈钢板（201）放置在钛合金构件（1）的待氧化部位，打开溶液箱（3）的阀门（4），使氧化溶液流入吸水布（204）中，并压动绝缘手柄（202）使不锈钢板（201）压迫吸水布（204）产生形变以贴合在待氧化部位；然后开启发蓝氧化电源（6），操纵绝缘手柄（202）使移动式阴极（2）匀速在待处理部位移动进行发蓝阳极氧化处理；

步骤五：发蓝阳极氧化结束后，用流动的蒸馏水将氧化部位清洗干净，然后采用压缩空气吹干。