CN113755921A - 微弧氧化装置及处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种微弧氧化装置及处理方法，该装置中溶液管路的一端和空压机连通，另一端延伸至溶液槽的底部；气体管路的一端和空压机连通，气体管路的另一端通过汇流排和万向竹节管的一端连通，万向竹节管的另一端延伸至工件的凹坑区域；微弧氧化电源的正极和工件连接，微弧氧化电源的负极连接至阴极板；本发明的微弧氧化装置对工件的凹坑处进行鼓气，可针对不同形状、不同空间结构的复杂零部件进行微弧氧化处理，能显著提高微弧氧化膜层的成功率，可以处理其他钛合金、铝合金、镁合金等材料的微弧氧化，从而解决复杂构件的聚气烧蚀问题，故该方法具有操作简单、可靠高效等优点，能够有效控制膜层的烧蚀问题，实现了复杂构件的一次成膜。

Description

微弧氧化装置及处理方法
技术领域
本发明属于阀金属的表面处理技术领域，具体涉及一种复杂构件的微弧氧化装置及处理方法，即微弧氧化的专用鼓气装置，尤其是钛、镁、铝等金属的微弧氧化处理。
背景技术
微弧氧化工艺是指在普通阳极氧化的基础上，利用弧光放电增强并激活在阳极上发生的反应，从而在以铝、钛、镁等金属及其合金为材料的工件表面形成优质的强化陶瓷膜的方法。微弧氧化膜层与基体结合牢固，结构致密，韧性高，具有良好的耐磨、耐腐蚀、耐高温冲击和电绝缘等特性。该技术具有操作简单和膜层功能可控的特点，而且工艺简便，环境污染小，是一项全新的绿色环保型材料表面处理技术，在航空航天、机械、电子、装饰等领域具有广阔的应用前景。
随着微弧氧化技术逐渐的研发与应用，其固有的缺陷也显露出来，例如，大型复杂钛合金结构件在微弧氧化处理时，常常由于形状复杂，会在形状为凹面的位置发生“聚气”现象，导致钛合金构件发生烧蚀。产生烧蚀的主要原因是由于在微弧氧化处理过程中，由于电化学水解作用，工件作为正极，会有氧气生成，同时由于水蒸气挥发等作用，在工件凹面聚集，形成固液气的交汇面。
目前大多数方法是采取在溶液槽中增加鼓气管路进行空气搅拌，对微弧氧化的聚气问题作用不是很明显。公开号为CN111118567A的专利《一种微弧氧化装置及航空集装托盘氧化膜层的制备方法》采用移动工件的方式，使工件与氧化溶液逐渐接触，该方法对操作要求较高，容易导致触电发生。公开号为CN111005048A的专利《一种用于微弧氧化工艺设备的自搅拌装置及其控制方法》通过采用旋转阳极工件的方法进行了工件与溶液的相对流动，达到搅拌的目的。但是该方法中工件只能进行圆周的旋转运动，对于某些局部凹坑的部位还是不能很好地解决。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明的首要目的在于提供一种微弧氧化装置，解决现有复杂构件微弧氧化膜层因“聚气”而发生的烧蚀的问题。
本发明的第二个目的在于提供一种微弧氧化的处理方法。
为达到上述首要目的，本发明的解决方案是：
一种微弧氧化装置，其包括溶液槽以及溶液槽内侧壁的阴极板，还包括空压机、溶液管路、气体管路、万向竹节管、微弧氧化电源和冷水机；
溶液管路的一端和空压机连通，溶液管路的另一端延伸至溶液槽的底部；
气体管路的一端和空压机连通，气体管路的另一端通过汇流排分成若干分气管，并在分气管上安装排气阀，每个分气管和万向竹节管的一端连通，万向竹节管的另一端延伸至工件的凹坑区域；
微弧氧化电源的正极和工件连接，微弧氧化电源的负极连接至阴极板；
冷水机的进水管和出水管均和溶液槽连通。
进一步地，微弧氧化电源为脉冲式微弧氧化电压，最高输出电压为750V。
进一步地，溶液槽内的微弧氧化溶液选自磷酸钠、硅酸钠、铝酸钠、氢氧化钾、氢氧化钠、氟化钠和乙二胺四乙酸二钠中的一种以上。
进一步地，空压机的压力为0.1-0.5MPa。
进一步地，万向竹节管的长度为200-800mm。
进一步地，阴极板由不锈钢板构成。
为达到上述第二个目的，本发明的解决方案是：
一种利用上述的微弧氧化装置进行微弧氧化的处理方法，其包括如下步骤：
(1)、将工件吊装并放置溶液槽内后，微弧氧化电源的正极连接工件，微弧氧化电源的负极连接至溶液槽内侧壁的阴极板；
(2)、溶液管路的一端连接至空压机，溶液管路的另一端延伸至溶液槽的底部；气体管路的一端连接至空压机，气体管路的另一端通过汇流排和万向竹节管连通，并延伸至工件的凹坑处；
(3)、冷水机的进水管和出水管均和溶液槽连通，接通微弧氧化电源、空压机和冷水机。
进一步地，步骤(1)中，溶液槽内的微弧氧化溶液选自磷酸钠、硅酸钠、铝酸钠、氢氧化钾、氢氧化钠、氟化钠和乙二胺四乙酸二钠中的一种以上。
由于采用上述方案，本发明的有益效果是：
本发明的微弧氧化装置通过汇流排、万向竹节管对工件的凹坑处进行鼓气，可针对不同形状、不同空间结构的复杂零部件进行微弧氧化处理，能显著提高微弧氧化膜层的成功率，可以处理其他钛合金、铝合金、镁合金等材料的微弧氧化，从而解决复杂构件的聚气烧蚀问题，故该方法具有操作简单、可靠高效等优点，能够有效控制膜层的烧蚀问题，实现了复杂构件的一次成膜。
附图说明
图1为本发明的微弧氧化装置的结构示意图。
附图标记：1-空压机、2-溶液管路、3-气体管路、4-汇流排、5-排气阀、6-万向竹节管、7-工件、8-溶液槽、9-阴极板、10-微弧氧化电源、11-冷水机。
具体实施方式
本发明提供了一种微弧氧化装置及处理方法。
<微弧氧化装置>
如图1所示，本发明的微弧氧化装置包括溶液槽8、溶液槽8内侧壁的阴极板9、空压机1、溶液管路2、气体管路3、万向竹节管6、微弧氧化电源10和冷水机11。其中，溶液管路2的一端和空压机1连通，溶液管路2的另一端延伸至溶液槽8的底部。具体地，溶液管路2在溶液槽8的末端部位均匀加工成若干孔洞，并在溶液槽底部分布均匀，溶液管路2和气体管路3上可设有排气阀，打开溶液管路2的排气阀，通过气泡的鼓吹，使溶液槽8内的微弧氧化溶液进行搅拌，更加均匀，并带走一部分热量。气体管路3的一端和空压机1连通，气体管路3的另一端通过汇流排4分成若干分气管并进行分气流，汇流排4可以连接至溶液槽8外壁槽口附近，方便后续连接。并在分气管上安装排气阀5，每个分气管和万向竹节管6的一端连通，万向竹节管6的另一端延伸至工件7的凹坑区域。另外，根据工件7的复杂程度选择不同的汇流排4，从而将每一个分气管内的气体延伸至易聚气的部位。微弧氧化电源10的正极和工件7连接，微弧氧化电源10的负极连接至阴极板9，阴极板9由不锈钢板构成。冷水机11的进水管和出水管均和溶液槽8连通，冷水机11可循环冷却溶液，从而保证微弧氧化溶液的温度不高于50℃。如可以开启冷水机11，使溶液保持恒定温度10-30℃。
另外，万向竹节管6在溶液槽8中可保持特定形状，该特定形状指万向竹节管6可任意变换形状绕开工件7，使万向竹节管6的末端直指工件7凹坑位置，并通过自身相邻竹节面的紧固配合，使万向竹节管6在溶液槽8中不发生变形和晃动，以免与工件7接触，导致工件7烧蚀。万向竹节管6的长度可以为200-800mm，可延伸至工件7凹形状的区域。由于微弧氧化过程中，溶液槽8中阳极处的工件7处会生成氧气以及一定量的水蒸气，在脉冲高电压的作用下，液-气界面交汇处会发生烧蚀，因此，需要将万向竹节管6延伸至工件7凹坑处，避免气体聚集。
作为本发明的一种优选实施例，微弧氧化电源10为脉冲式微弧氧化电压，最高输出电压为750V。
作为本发明的一种优选实施例，溶液槽8内的微弧氧化溶液选自适用于不同合金的溶液体系，微弧氧化溶液选自磷酸钠、硅酸钠、铝酸钠、氢氧化钾、氢氧化钠、氟化钠和乙二胺四乙酸二钠中的一种以上。
具体地，若微弧氧化溶液处理镁合金时，该溶液采用10-30g/L硅酸钠、1-10g/L氢氧化钠和1-5g/L氟化钠。
若微弧氧化溶液处理钛合金时，该溶液采用5-30g/L磷酸钠、1-8g/L氢氧化钾和1-5g/L乙二胺四乙酸二钠。
若微弧氧化溶液处理铝合金时，该溶液采用5-25g/L硅酸钠、5-15g/L氢氧化钠和5-10g/L铝酸钠。
作为本发明的一种优选实施例，空压机1的压力为0.1-0.5MPa，空压机1为普通空气压缩机，主要目的是提供压力空气的设备。
<微弧氧化装置进行微弧氧化的处理方法>
本发明利用微弧氧化装置进行微弧氧化的处理方法包括如下步骤：
(1)、将镁合金的工件7吊装并放置溶液槽8内后，微弧氧化电源10的正极连接工件7，微弧氧化电源10的负极连接至溶液槽8内侧壁的阴极板9。其中，溶液槽8内微弧氧化溶液中包括15g/L硅酸钠、10g/L氢氧化钠和5g/L氟化钠。
(2)、溶液管路2的一端连接至空压机1，溶液管路2的另一端延伸至溶液槽8的底部；气体管路3的一端连接至空压机1，气体管路3的另一端通过汇流排4和万向竹节管6连通，并延伸至工件7的凹坑处。
(3)、冷水机11的进水管和出水管均和溶液槽8连通，开启微弧氧化电源10，采用恒流模式。氧化结束后，关闭开关，关闭微弧氧化电源10、空压机1和冷水机11。将工件7取出后，用清水冲洗干净后吹干。采用该方式微弧氧化处理的零件，膜层完好，在局部凹坑处膜层完整均匀，无烧蚀现象。
其中，在步骤(2)中，溶液管路2起到溶液搅拌的作用，气体管路3作为工件7局部鼓气使用，即通过汇流排4、排气阀5(汇流排4和万向竹节管6之间)和万向竹节管6对工件7局部进行鼓气。由于较复杂零件会有凹坑等结构的存在，不可避免会有聚气的存在，采用万向竹节管6连接至该处进行鼓气。
上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术人员显然可以容易的对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中，而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例。本领域技术人员根据本发明的原理，不脱离本发明的范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种微弧氧化装置，其包括溶液槽(8)以及溶液槽(8)内侧壁的阴极板(9)，其特征在于：其还包括空压机(1)、溶液管路(2)、气体管路(3)、万向竹节管(6)、微弧氧化电源(10)和冷水机(11)；
所述溶液管路(2)的一端和空压机(1)连通，所述溶液管路(2)的另一端延伸至溶液槽(8)的底部；
所述气体管路(3)的一端和空压机(1)连通，所述气体管路(3)的另一端通过汇流排(4)分成若干分气管，并在分气管上安装排气阀(5)，每个分气管和万向竹节管(6)的一端连通，所述万向竹节管(6)的另一端延伸至工件(7)的凹坑区域；
所述微弧氧化电源(10)的正极和工件(7)连接，所述微弧氧化电源(10)的负极连接至阴极板(9)；
所述冷水机(11)的进水管和出水管均和溶液槽(8)连通。
2.根据权利要求1所述的微弧氧化装置，其特征在于：所述微弧氧化电源(10)为脉冲式微弧氧化电压，最高输出电压为750V。
3.根据权利要求1所述的微弧氧化装置，其特征在于：所述溶液槽(8)内的微弧氧化溶液选自磷酸钠、硅酸钠、铝酸钠、氢氧化钾、氢氧化钠、氟化钠和乙二胺四乙酸二钠中的一种以上。
4.根据权利要求1所述的微弧氧化装置，其特征在于：所述空压机(1)的压力为0.1-0.5MPa。
5.根据权利要求1所述的微弧氧化装置，其特征在于：所述万向竹节管(6)的长度为200-800mm。
6.根据权利要求1所述的微弧氧化装置，其特征在于：所述阴极板(9)由不锈钢板构成。
7.一种利用权利要求1-6任一项所述的微弧氧化装置进行微弧氧化的处理方法，其特征在于：其包括如下步骤：
(1)、将工件(7)吊装并放置溶液槽(8)内后，微弧氧化电源(10)的正极连接工件(7)，微弧氧化电源(10)的负极连接至所述溶液槽(8)内侧壁的阴极板(9)；
(2)、溶液管路(2)的一端连接至空压机(1)，溶液管路(2)的另一端延伸至溶液槽(8)的底部；气体管路(3)的一端连接至空压机(1)，气体管路(3)的另一端通过汇流排(4)和万向竹节管(6)连通，并延伸至工件(7)的凹坑处；
(3)、冷水机(11)的进水管和出水管均和溶液槽(8)连通，接通微弧氧化电源(10)、空压机(1)和冷水机(11)。
8.根据权利要求7所述的处理方法，其特征在于：步骤(1)中，所述溶液槽(8)内的微弧氧化溶液选自磷酸钠、硅酸钠、铝酸钠、氢氧化钾、氢氧化钠、氟化钠和乙二胺四乙酸二钠中的一种以上。
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