CN112809318A - 一种电化学处理辅助象形电极的快速成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种电化学处理辅助象形电极的快速成型方法，首先采用导电金属材料加工预成型象形电极金属骨架；其次在预成型后的象形电极金属骨架表面覆盖一层具有耐酸、耐碱、抗氧化、耐温性能的有机涂层；最后在涂覆有机涂层后的象形电极上覆盖惰性导电材料，提高涂覆有机涂层后的象形电极在电解溶液中的导电性。本发明解决了象形电极常规制造过程中对复杂结构无法成型或成型后使用效果较差的问题，解决了常规象形电极加工时间长，成本高昂的问题，并且减少了后续维护上的成本，可以通过该方法快速完成受损面的修复。

Description

一种电化学处理辅助象形电极的快速成型方法

技术领域

本发明属于材料表面处理应用技术领域，具体为一种电化学处理辅助象形电极的快速成型方法。

背景技术

化学电解处理工艺作为金属防护与防腐的一种重要加工方法，通过电解处理改变材料原有表面属性，极大地提高了材料在高温、摩擦、腐蚀性介质等极端条件下的使用寿命。化学电解处理方法包含有电镀、阳极氧化、微弧氧化、电泳、电解着色等多种处理工艺，主要利用带电离子、胶团等在通电后电场的作用下发生的定向移动，并在材料表面生成预定处理层的工艺过程。

在化学电解处理过程中，待处理零件表面往往由于零件几何形状的差异，导致在通电后表面电场强度分布不均匀，表现在凸起或尖角位置电场线分布比较多，凹面或内表面易屏蔽而电场线分布较少，造成了零件在处理过程中，电场线较集中的位置附着的膜层较厚，电场线分布较少的部位膜层较薄，难以满足实际使用要求。

为了解决或尽可能减少膜层厚度偏差较大的问题，通常会使用到一种象形电极，通过改变象形电极的形状匹配加工的零件，使电解处理层分布更加均匀。如内孔正常条件下无法完成电镀的零件，采用象形阳极深入到内孔，即可完成内表面的电镀。内表面阳极氧化膜层较薄时，通过使用象形阴极，即可完成阳极氧化处理。镀铬上下端厚度与中间厚度分布较大时，采用C型象形阳极可极大地改变厚度的一致性，同时提高了膜层生成效率，等等。如申请人单位对某活塞零件的镀铬处理，在不使用象形电极的条件下，活塞中间段的镀铬层厚度约为两端厚度的一半，需要增加两次粗磨和两次精磨才能达到最终的使用状态。采用国外进口象形辅助电极后，整体均匀性在5-8微米之间，经一次粗磨和一次精磨后即符合使用要求。

目前对于象形电极的制造，主要通过采用与电解电极材料相同的金属材料制作，或在不同种金属材料表面附着与电极材料相同的金属材料制作。受制于电极材料在成型、塑性等方面的不足，直接使用电极材料制作象形电极的情况较少。主要都是在不同种金属材料表面附着与电极材料相同的金属材料进行制作，这种思路目前也有两种方法：一种方法为铸造成型，在导电杆上铸造另外一种惰性金属，再机械加工成型。另一种是采用不同的金属材料先进行预成型，再通过电镀处理工艺将惰性的电极材料附着于象形电极表面。

但是这两种方法只能解决一些简单且常规的象形电极制作问题，对于一些构型复杂型腔类零件的处理，常规方法很难实现，往往都需要经过繁琐的制作工序，对各部分进行分解处理后二次组装，周期长、制作成本高昂，难以实用化。

发明内容

本发明针对常规电解加工过程中需要借助于辅助性象形电极进行零件的加工，但常规象形电极的制作中存在加工过程复杂、周期长、成本高等问题，提出了一种快速、廉价、有效的电化学处理辅助象形电极的快速成型方法，同时也可以用于对破损的象形电极的局部快速修复处理。

本发明的技术方案为：

所述一种电化学处理辅助象形电极的快速成型方法，该方法首先采用导电金属材料加工预成型象形电极金属骨架；其次在预成型后的象形电极金属骨架表面覆盖一层具有耐酸、耐碱、抗氧化、耐温性能的有机涂层；最后在涂覆有机涂层后的象形电极上覆盖惰性导电材料，提高涂覆有机涂层后的象形电极在电解溶液中的导电性。

进一步的，所述金属骨架采用易加工的导电金属材料加工。

进一步的，所述易加工指金属骨架能够通过弯型、机械加工、焊接实现预成型。

进一步的，所述金属骨架采用钢铁、铜及铜合金、铝及铝合金中的一种或几种金属材料。

进一步的，所述有机涂层采用PE或环氧树脂材料。

进一步的，所述有机涂层采用喷涂或刷涂方式涂覆于金属骨架表面。

进一步的，所述金属骨架采用有机溶剂除油、化学除油后再进行吹砂处理，对表面进行粗化，提高金属骨架与有机涂层间的结合力。

进一步的，对预成型后的金属电极骨架使用有机溶剂进行预清洗，再使用水溶性清洗剂电解或超声波除油；之后对金属骨架进行吹砂，采用石英砂，颗粒大小为60目～220目，吹砂压力0.2MPa～0.4MPa。

进一步的，在涂覆有机涂层后的象形电极上缠绕惰性金属丝或金属带，且使用的惰性金属丝或金属带外表面不带有绝缘层，缠绕过程确保各圈直接接触良好，成为一个整体。

进一步的，当难以在涂覆有机涂层后的象形电极上缠绕惰性金属丝或金属带时，采用碳基导电橡胶穿插或导电树脂直接涂覆于象形电极骨架表面后成型。

有益效果

本发明主要解决了三个方面的问题：

1、解决了象形电极常规制造过程中对复杂结构无法成型或成型后使用效果较差的问题。本发明对于金属骨架可采用常规工艺进行加工，如常用的弯型、机械加工、焊接等均可采用。可以一次性完成对象形电极金属架构的一次性成型，不需要进行拆解和二次组装。具备导电条件简单，对于形状复杂的结构可通过表面缠绕导电金属、连接导电橡胶或直接涂覆导电涂层的方法完成，这是常规制作方法中铸造、电镀都无法解决的难题；

2、解决了常规象形电极加工时间长，成本高昂的问题。采用对金属骨架喷砂、有机涂层表面缠绕金属或涂覆导电涂层的方法，原料摄取广泛，施工简单，周期大大缩短；

3、减少了后续维护上的成本，可以通过该方法快速完成受损面的修复。

本发明通过金属材料与有机材料的组合，成型的时间最大可缩短至2小时内，总的制造和材料费用不及常规制造费用的1/5。在后期的维护过程中，可直接通过打磨去除后直接刷涂或浸涂处理完成破损区域的快速修复，避免了常规制造工艺出现破损后整体翻修的问题，翻修费用不及常规制造费用的1/20。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

具体实施方式

本发明提出一种电解辅助性象形电极的快速制造方法，该象形电极为金属骨架部分和化学惰性导电层组成。

金属骨架材料为常规导电性较好的钢铁、铜及铜合金、铝及铝合金中的一种或几种金属材料，主要利用金属材料的易加工的特点完成象形电极骨架的预成型。

化学惰性导电层兼具防护和导电双重作用，由有机涂层与惰性导电材料组合构成。

为提高电极金属骨架的抗蚀性，象形电极在金属骨架预成型后表面覆盖一层有机涂层，有机涂层采用具有耐酸、耐碱、抗氧化、耐温等性能的材料，如有PE、环氧树脂材料，防止金属骨架在电解加工中与溶液接触发生腐蚀或溶解。

有机涂层采用喷涂、刷涂等方式涂覆于金属骨架表面。为提高电极金属骨架与有机涂层的导电性与附着强度，金属骨架采用有机溶剂除油、化学除油后再进行吹砂处理，对表面进行粗化，提高骨架与涂层间的结合力。具体实施要求为对预成型后的金属电极骨架使用有机溶剂进行预清洗，再使用水溶性清洗剂电解或超声波除油。对清洗后的金属骨架进行吹砂，采用石英砂，颗粒大小为60目～220目，吹砂压力0.2MPa～0.4MPa。

为提高涂覆有机涂层后的象形电极在电解溶液中的导电性，在涂覆有机涂层后的象形电极上缠绕惰性金属丝或金属带，如铅丝或铅带，而且使用的铅丝或铅带外表面不带有绝缘层，缠绕过程确保各圈直接接触良好，成为一个整体。

对一些特殊结构的象形电极，难以通过缠绕惰性金属的方式制作完成时，则采用碳基导电橡胶穿插或导电树脂直接涂覆于象形电极骨架表面后成型。

下面结合实施例描述本发明：

实施例1：某民用飞机镀银件，内螺纹不允许有镀层，外表面镀银不允许有挂具印。因此，采用内孔防护电极，使用直径为4mm、内孔为2mm的导电橡胶条，内孔穿2mm纯铜丝。将导电橡胶胶条穿过内螺纹，完成对内螺纹的封闭。经镀银后，内螺纹表面无镀层，外表面镀银层完整。

实施例2：某空心轴内表面镀镉。采用直径5mm纯铜丝作象形电极，使用220目石英砂进行吹砂，吹砂压力0.4MPa。表面静电喷涂10-5017蓝色粉末，177℃固化30min，在表面缠绕0.5mm无绝缘层铅皮后与导电杆连接。镀镉处理后，内表面镀镉层均匀，无漏点。

实施例3：某型产品筒体内部镀铬。采用铝合金6061和H62黄铜作为骨架金属，其中H62黄铜制作挂钩，铝合金6061制作象形电极，6061象形电极采用150目石英砂进行吹砂，吹砂压力0.3MPa。采用白色704有机硅胶涂覆于象形金属表面，表面密集缠绕5mm直径无绝缘层铅丝，与导电挂钩连接。电解40min，镀层厚度达到约8微米。

实施例4：某活塞内表面镀铬，由于活塞内表面镀铬层的中间层与两端相差较大，镀层厚度要求8-15微米，一致性在5微米内。采用20号钢铁材料作为骨架材料，挂钩部分采用H62黄铜，象形部分为环形阳极，电屏蔽表面先用60目的二氧化硅吹砂处理，吹砂压力0.2MPa，再采用PE进行热浸涂190℃固化2小时。在象形阳极上采用1mm无绝缘层纯铅丝绕制成型后连接至阳极导电杆。经使用后，两端与中间的膜层厚度在5微米以内，镀层时间较不使用前缩短15分钟。

实施例5：某镀铬挂具辅助阳极主导电杆出现破损，电解溶液深入到碳钢基材内部，不能正常使用。采用有环氧树脂和碳粉的混合物进行局部修复，碳粉按30％重量比加入后80℃条件下固化3小时。经加工测试可正常使用。

实施例6：某铝合金型腔内外表面焦磷酸盐镀铜。采用不锈钢材料作为内部型腔的象形电极材料，导电杆为纯铜。象形电极铆接后，除象形柱外，其余导电部分使用10-5017环氧粉末喷涂绝缘，象形柱使用石墨基导电胶TX12涂覆。经使用，内腔体表面镀层均匀完整，无漏点。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种电化学处理辅助象形电极的快速成型方法，其特征在于：首先采用导电金属材料加工预成型象形电极金属骨架；其次在预成型后的象形电极金属骨架表面覆盖一层具有耐酸、耐碱、抗氧化、耐温性能的有机涂层；最后在涂覆有机涂层后的象形电极上覆盖惰性导电材料，提高涂覆有机涂层后的象形电极在电解溶液中的导电性。

2.根据权利要求1所述一种电化学处理辅助象形电极的快速成型方法，其特征在于：所述金属骨架采用易加工的导电金属材料加工。

3.根据权利要求2所述一种电化学处理辅助象形电极的快速成型方法，其特征在于：所述易加工指金属骨架能够通过弯型、机械加工、焊接实现预成型。

4.根据权利要求3所述一种电化学处理辅助象形电极的快速成型方法，其特征在于：所述金属骨架采用钢铁、铜及铜合金、铝及铝合金中的一种或几种金属材料。

5.根据权利要求1所述一种电化学处理辅助象形电极的快速成型方法，其特征在于：所述有机涂层采用PE或环氧树脂材料。

6.根据权利要求5所述一种电化学处理辅助象形电极的快速成型方法，其特征在于：所述有机涂层采用喷涂或刷涂方式涂覆于金属骨架表面。

7.根据权利要求6所述一种电化学处理辅助象形电极的快速成型方法，其特征在于：所述金属骨架采用有机溶剂除油、化学除油后再进行吹砂处理，对表面进行粗化，提高金属骨架与有机涂层间的结合力。

8.根据权利要求7所述一种电化学处理辅助象形电极的快速成型方法，其特征在于：对预成型后的金属电极骨架使用有机溶剂进行预清洗，再使用水溶性清洗剂电解或超声波除油；之后对金属骨架进行吹砂，采用石英砂，颗粒大小为60目～220目，吹砂压力0.2MPa～0.4MPa。

9.根据权利要求1所述一种电化学处理辅助象形电极的快速成型方法，其特征在于：在涂覆有机涂层后的象形电极上缠绕惰性金属丝或金属带，且使用的惰性金属丝或金属带外表面不带有绝缘层，缠绕过程确保各圈直接接触良好，成为一个整体。

10.根据权利要求9所述一种电化学处理辅助象形电极的快速成型方法，其特征在于：当难以在涂覆有机涂层后的象形电极上缠绕惰性金属丝或金属带时，采用碳基导电橡胶穿插或导电树脂直接涂覆于象形电极骨架表面后成型。