CN108796581A - 一种钛基材料彩绘装置及钛基材料彩绘方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钛基材料彩绘技术领域，公开了一种钛基材料彩绘装置及钛基材料彩绘方法。本发明的钛基材料彩绘装置包括阴极笔以及电源，所述阴极笔包括笔筒以及固设于所述笔筒上的笔尖、阴极柱，所述笔筒内设有电解液，所述阴极柱一端伸入所述电解液内，所述阴极柱另一端与所述电源的负极电性连接，所述笔尖一端伸入所述电解液内，另一端伸出所述笔筒，所述笔尖内或所述笔尖周边设有流通通道，使所述电解液通过所述流通通道流道所述笔尖的尖段位置处。本发明的钛基材料彩绘方法基于上述的钛基材料彩绘装置进行彩绘。本发明的钛基材料彩绘装置及钛基材料彩绘方法可以在钛基材料的选定区域进行彩绘。
Description
技术领域
本发明涉及钛基材料彩绘技术领域，尤其是涉及一种钛基材料彩绘装置及钛基材料彩绘方法。
背景技术
电化学是研究电的作用和化学作用相互作用的化学分支，此领域的大部分工作涉及通过电流导致的化学变化以及通过化学反应来产生电能方面的研究，它包括大量的不同现象(电泳和腐蚀)、各类器件(电致变色显示器、燃料电池)、和各种技术(金属电镀、工业化生产铝和氯气)等。
纯钛密度(4.51g/m3)小，只相当于钢的57％，强度和硬度与钢相近，同时兼有钢(强度高)和铝(质地轻)的优点，并且耐腐蚀性好，生物相容性好，因此，被广泛应用于航空航天领域、工业领域、生物医疗领域以及消费品领域。随着技术的发展和人们欣赏能力的提高，钛材在消费品和工艺品领域的发展迅速，但是纯钛为白色，颜色单一，为了增加其附加价值，需要对其表面进行处理，得到更多颜色、样式的钛材料。
目前，对钛材料表面进行处理的方法主要有三种：静电喷涂、电镀与激光着色。
静电喷涂，利用高压静电电晕电场原理，喷枪头上的金属导流杯接上高压负极，被涂工件接地形成正极，在喷枪和工件之间形成较强的静电场，当运载气体(压缩空气)将粉末涂料从供粉桶输送管送到喷枪的导流杯时，由于导流杯街上高压负极产生电晕放电，其周围产生密集的电荷，粉末带上负电荷，在静电力和压缩空气的作用下，粉末均匀的吸附在工件上，经加热，粉末熔融固化呈均匀、平整、光滑的涂膜。
电镀，是利用电解作用使金属或其他材料制件的表面附着一层金属膜的工艺，目前的彩色电镀有电镀有色层和电镀光干涉镀层两种。其中，电镀有色膜层是在金属基体上电镀一层彩色的金属、合金、化合物等物质；电镀光干涉镀层是在不含颜料或染料的溶液中在阴极上电沉积出彩色镀层，镀层为透明或半透明的薄膜，光在镀层、基体、空气的界面反射后发生干涉，在合适的镀层厚度和折射率的条件下，特定颜色光波发生干涉加强，从而使膜层呈现特定的颜色。
激光着色，激光在金属表面着色的原理主要有两种，一是利用纳米激光使金属表面发生化学反应，生成一层有色的氧化膜，二是用飞秒激光器等超快激光器在金属表面加工出周期性的结构来产生结构色。
静电喷涂、电镀、激光氧化三种方式都存在着不容忽视的缺点。静电喷涂使用的粉末涂料属于有机化合物粉末，在有些比较特殊的场合需要配置闪光粉末，还需加入少量铝粉，在涂装过程中必须使用防尘和防爆安全技术措施，喷涂后粉末还需要进行固化，能耗、成本相对较高；电镀技术受到收镀槽体积的限制，大型工件的处理比较困难，并且电镀会产生大量的废液，对环境会产生严重的污染，且镀层与钛本体的结合强度很差，使用过程中会出现掉色的问题；激光着色利用激光使金属表面氧化着色的同时会使金属表面产生裂纹，从而影响基体金属的使用寿命，并且基体金属最后呈现的颜色与施加的能量有关，在同样的工作条件下，重复处理的区域会产生新的颜色，因此不利于保证着色的稳定性。
除了上述缺点外，现有的几种技术还存在一个较大的问题：无法在钛合金上实现选定区域的选定颜色上色。静电喷涂和电镀适合于对整个样品进行单一上色，无法进行精细彩绘，而且存在色彩不全的问题；激光氧化上色可以进行彩绘，但是由于照射区域重叠的问题导致色彩纯度不高，很难按照设定的颜色进行彩绘。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种钛基材料彩绘装置，利用电化学反应的原理，使钛基材料作为阳极发生氧化反应，从而在钛基材料表面选定的区域进行彩绘。
本发明还提供一种基于上述材料彩绘装置的钛基材料彩绘方法，可以在钛基材料表面选定的区域进行彩绘。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
提供一种钛基材料彩绘装置，包括阴极笔以及电源，所述阴极笔包括笔筒以及固设于所述笔筒上的笔尖、阴极柱，所述笔筒内设有电解液，所述阴极柱一端伸入所述电解液内，所述阴极柱另一端与所述电源的负极电性连接，所述笔尖一端伸入所述电解液内，另一端伸出所述笔筒，所述笔尖内或所述笔尖周边设有流通通道，使所述电解液通过所述流通通道流道所述笔尖的尖段位置处。
作为上述技术方案的进一步改进，还包括运动平台以及控制系统，所述阴极笔固设于所述运动平台上，所述控制系统与所述运动平台连接，通过所述控制系统控制所述运动平台移动，进而带动所述阴极笔移动。
作为上述技术方案的进一步改进，所述运动平台包括用于放置钛基材料的支撑平台、滑动设置于所述支撑平台上的第一运动柱、滑动设置于所述第一运动柱上的第二运动柱以及滑动设置于所述第二运动柱上的第三运动柱，所述第一运动柱、第二运动柱、第三运动柱分别沿三维坐标系的三个轴设置，所述阴极笔固设于所述第三运动柱上。
作为上述技术方案的进一步改进，还包括电磁阀，所述电磁阀与所述第三运动柱以及所述控制系统电性连接。
作为上述技术方案的进一步改进，所述笔筒上还设有注液孔，通过所述注液孔向所述笔筒内注入所述电解液。
作为上述技术方案的进一步改进，所述笔尖的尖段处的直径为0.2微米。
本发明还提供一种钛基材料彩绘方法，包括如下步骤：S1，将钛基材料放置在支撑平台上，并使钛基材料与电源的正极电性连接；S2，使用三维模拟软件规划所需要绘制的图像的路径，并将规划的路径保存到控制系统中；S3，接通电源，启动控制系统，控制阴极笔在钛基材料上进行彩绘。
作为上述技术方案的进一步改进，S3中，改变电源的电压，使彩绘的颜色发生变化。
作为上述技术方案的进一步改进，所述电解液为氢氧化钠溶液。
本发明的有益效果是：
本发明的钛基材料彩绘装置，在彩绘时，首先将钛基材料与电源的正极连接，然后将阴极笔的笔尖与钛基材料接触，使钛基材料上发生阳极氧化反应，从而产生像素点，通过将阴极笔的笔尖在钛基材料上移动，就产生了彩绘图案，本发明的钛基材料彩绘装置可以在钛基材料选定的区域内彩绘。
本发明的钛基材料彩绘方法，可以在钛基材料的选定区域内进行彩绘。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明一个实施例的钛基材料彩绘装置的结构示意图；
图2是阴极笔的结构示意图；
图3是本发明的钛基材料彩绘方法的流程图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本发明中所使用的上、下、左、右、前、后等描述仅仅是相对于附图中本发明各组成部分的相互位置关系来说的。
此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。
请参照图1，示出了本发明较优实施例的钛基材料彩绘装置的结构示意图，该钛基材料彩绘装置包括电源1、阴极笔2、运动平台3、控制系统4。
电源1的负极与阴极笔2电性连接，电源1的正极电性连接待彩绘的钛基材料5，当进行彩绘时，电源1开启，阴极笔2与钛基材料5接触，使电源1、阴极笔2、钛基材料5形成通路，钛基材料5处发生氧化反应从而产生像素点。
通过运动平台3、控制系统4在钛基材料5上自动进行彩绘，本实施例中，运动平台3包括支撑平台30、第一运动柱31、第二运动柱32、第三运动柱33，其中，第一运动柱31滑动设置于支撑平台30上，第二运动柱32滑动设置于第一运动柱31上，第三运动柱33滑动设置于第二运动柱32上，阴极笔2固设于第三运动柱33上，第一运动柱31、第二运动柱32、第三运动柱33沿三维坐标系的三个坐标轴的方向设置，支撑平台30固定设置，用于放置钛基材料5，控制系统4与运动平台3电性连接，通过控制系统4控制第一运动柱31、第二运动柱32、第三运动柱33运动，进而带动阴极笔2运动，在钛基材料5上彩绘图案。
如图1，本实施例中，第一运动平台31的滑动方向沿X轴设置，第二运动平台32的滑动方向沿Y轴设置，第三运动平台33的滑动方向沿Z轴设置，当然，在其他不同的实施例中，第一运动平台31、第二运动平台32、第三运动平台33的滑动方向根据实际需要进行变换，只需要实现带动阴极笔2在X轴、Y轴与Z轴方向均可移动即可。
本发明的钛基材料彩绘装置，还可以在第三运动柱33与控制系统4之间电性连接电磁阀(图中未示出)，阴极笔2沿Z轴方向的运动通过电磁阀控制，实现沿Z轴的高速往返运动，提高彩绘的效率。
下面详细介绍阴极笔的结构，如图2，阴极笔2包括笔筒20、笔尖21、阴极柱22，笔筒20内设置有电解液23，笔尖21、阴极柱22均固设于笔筒20上，且笔尖21、阴极柱22均一端伸入电解液23内，另一端伸出笔筒20外，阴极柱22伸出笔筒20外一端与电源1的负极电性连接，笔尖21伸出电解液23一端用于在彩绘时与钛基材料5接触。
本实施例中，笔筒20上、于笔尖21的周围设置流通通道24，笔筒20内的电解液23通过流通通道24流出笔筒20，并附着在笔尖21的尖段上，彩绘时，笔尖21的尖段与钛基材料5接触，从而钛基材料5与电解液23接触，进而发生阳极氧化反应，产生具有颜色的氧化膜；当然，在不同的实施例中，可以将流通通道24设置于笔筒20内，并使电解液23从笔尖21的尖段位置处流出。需要注意，流通通道24的孔径非常小，从而保证从电解液23附着于笔尖21的尖段处，而不会持续流下。
本实施例中，笔尖21的尖段处的直径为0.2微米。
笔筒20上还设置有注液孔25，通过注液孔25可以向笔筒20内注入电解液23。
为配合运动平台3，注液孔25设置于笔筒20的上端，笔尖21设置于笔筒20的下端，阴极柱22设于笔筒20的侧面位置处，安装时，笔筒20的上端与第三运动柱33固定连接。
如图3，本发明还提供了一种钛基材彩绘方法，其详细步骤如下：
S1，将电源的正极与钛基材料电性连接，并将钛基材料放置与支撑平台上。
S2，使用三维模拟软件规划需要彩绘的图案的路径，并将规划好的路径保存在控制系统中。三维模拟软件优选为Matlab。
S3，打开电源，启动控制系统，使阴极笔按照预定的轨迹运动，从而在钛基材料上彩绘出所需的彩色图案。优选的，阴极笔上下方向的运动通过电磁阀控制，使阴极笔在上下方向上实现高速往返运动，提高彩绘的效率。
钛基材料表面氧化反应产生的氧化膜的颜色只与施加的电压有关，因此，为得到不同颜色图案，只需要改变电源的电压大小即可，在彩绘时，首先使用三维模拟软件依次将不同颜色的路径保存在控制系统中，然后启动电源盒控制系统，将不同颜色的路径依次彩绘完成，从而得到完成的彩绘图案。
本发明中，阴极笔可以在彩绘前快速制作，阴极笔的制作过程如下：首先将笔尖、阴极柱装入笔筒中，使笔尖、阴极柱的一部分浸入电解液中，并在笔筒上、于笔尖的周围处预留出流通通道，然后通过注液孔向笔筒中装入电解液。
本实施例中，电解液优选为氢氧化钠溶液，其中电解质的质量分数为0.5％。
本实施例中，笔尖的尖段的直径为0.2微米，其通过电化学方法制作而成。
本发明的钛基材料彩绘装置及钛基材料彩绘方法具有如下优点：
1、可以在钛基材料任意选定的区域内进行高精度彩绘。
2、相比于静电喷涂，操作简单，工作环境对操作人员无害。
3、相比于静电喷涂，产生的氧化膜厚度非常薄，对钛基材料的外型尺寸影响小。
4、相比于电镀着色，电解液安全无毒，环境友好。
5、相比于静电喷涂和电镀，得到的彩绘图案为原位生长，与钛基材料结合性好。
以上是对本发明的较佳实施进行的具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (9)
1.一种钛基材料彩绘装置，其特征在于，包括阴极笔以及电源，所述阴极笔包括笔筒以及固设于所述笔筒上的笔尖、阴极柱，所述笔筒内设有电解液，所述阴极柱一端伸入所述电解液内，所述阴极柱另一端与所述电源的负极电性连接，所述笔尖一端伸入所述电解液内，另一端伸出所述笔筒，所述笔尖内或所述笔尖周边设有流通通道，使所述电解液通过所述流通通道流道所述笔尖的尖段位置处。
2.根据权利要求1所述的钛基材料彩绘装置，其特征在于，还包括运动平台以及控制系统，所述阴极笔固设于所述运动平台上，所述控制系统与所述运动平台连接，通过所述控制系统控制所述运动平台移动，进而带动所述阴极笔移动。
3.根据权利要求2所述的钛基材料彩绘装置，其特征在于，所述运动平台包括用于放置钛基材料的支撑平台、滑动设置于所述支撑平台上的第一运动柱、滑动设置于所述第一运动柱上的第二运动柱以及滑动设置于所述第二运动柱上的第三运动柱，所述第一运动柱、第二运动柱、第三运动柱分别沿三维坐标系的三个轴设置，所述阴极笔固设于所述第三运动柱上。
4.根据权利要求3所述的钛基材料彩绘装置，其特征在于，还包括电磁阀，所述电磁阀与所述第三运动柱以及所述控制系统电性连接。
5.根据权利要求1所述的钛基材料彩绘装置，其特征在于，所述笔筒上还设有注液孔，通过所述注液孔向所述笔筒内注入所述电解液。
6.根据权利要求1所述的钛基材料彩绘装置，其特征在于，所述笔尖的尖段处的直径为0.2微米。
7.一种钛基材料彩绘方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，设置支撑平台，将钛基材料放置在支撑平台上，并使钛基材料与电源的正极电性连接；
S2，使用三维模拟软件规划所需要绘制的图像的路径，并将规划的路径保存到控制系统中；
S3，接通电源，启动控制系统，控制阴极笔在钛基材料上进行彩绘。
8.根据权利要求7所述的钛基材料彩绘方法，其特征在于，S3中，改变电源的电压，使彩绘的颜色发生变化。
9.根据权利要求7所述的钛基材料彩绘方法，其特征在于，所述电解液为氢氧化钠溶液。
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2018
- 2018-08-03 CN CN201810877380.5A patent/CN108796581A/zh active Pending
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