CN114016027A - 一种电火花多通道沉积制备复合涂层的结构及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电火花多通道沉积制备复合涂层的结构及方法，属于电火花沉积技术领域，包括脉冲电源和并联在脉冲电源上的多个放电电路，放电电路包括串联在一起的二极管和电容，二极管的正极与脉冲电源的正极相连接，电容的一端与二极管的负极相连接，电容的另一端与脉冲电源的负极相连接，且待加工基体与脉冲电源的负极相连接；本发明通过一次脉冲放电期间产生多个放电通道进行材料的过渡沉积，并设置有相应的电路元件和保护元件，保证每个沉积电极的涂层制备质量，实现了零件表面多层膜或复合涂层的多点同步沉积制备，使零件表面涂层的粗糙度低、质量高。

Description

一种电火花多通道沉积制备复合涂层的结构及方法
技术领域
本发明涉及电火花沉积技术领域，具体涉及一种电火花多通道沉积制备复合涂层的结构及方法。
背景技术
电火花沉积技术是利用电源两极（零件表面与电极）之间脉冲放电时极间产生的瞬时高温来熔化或气化电极材料，使熔融的电极材料在电场力、电磁力、重力等多种力的作用下，过渡沉积到零件表面，在零件表面生成所需的沉积层，因此可提高零件表面质量与硬度以及零件表面的修复再制造等。
现有技术中，对零件表面进行复合涂层的电火花沉积，多以不同涂层材料电极多次沉积或采用集束电极一次沉积为主，尚未有利用电火花单脉冲放电多通道沉积方法进行零件表面的复合涂层制备等方面报道。本发明在常规电火花沉积制备复合涂层的基础上进行了创新，提出一种新的沉积方法，并且该方法可有效提高电火花沉积方法制备零件表面复合涂层的质量与效率。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种电火花多通道沉积制备复合涂层的结构及方法，该方法可在一次脉冲放电期间产生多个放电通道进行材料的过渡沉积，实现了零件表面多层膜或复合涂层的多点同步沉积制备，零件表面涂层的粗糙度低、质量高。
为实现上述目的，本发明提供一种电火花多通道沉积制备复合涂层的结构及方法，包括脉冲电源和并联在所述脉冲电源上的多个放电电路，所述放电电路包括串联在一起的二极管和电容，所述二极管的正极与所述脉冲电源的正极相连接，所述电容的一端与所述二极管的负极相连接，所述电容的另一端与所述脉冲电源的负极相连接，且待加工基体与所述脉冲电源的负极相连接；每个放电电路的二极管与电容之间通过导线与一个沉积电极的进电端相连接，沉积电极的放电端位于待加工基体的上方。
进一步的，所述放电电路的数量为2至8个。
进一步的，所述沉积电极采用金属电极，或者半导体电极，或者导电陶瓷电极。
进一步的，所述沉积电极在保护气体环境中对待加工基体进行涂层制备。
进一步的，所述脉冲电源的正极端设置有限流电阻。
进一步的，所述脉冲电源的负极端设置有电流表。
进一步的，所述电容的两端之间连接有电压表。
进一步的，在对所述基体进行单复合涂层沉积制备时；
S1，将所有的沉积电极均设置为该复合涂层的材质，并排布在基体的上方；
S2，脉冲电源脉冲放电，对每个电容充电，脉冲结束，电容放电；
S3，所有的沉积电极均融化在基体上，通过多个放电通道同时制备，在基体上形成沉积涂层。
进一步的，在对所述基体进行多层涂层沉积制备时；
S4，将所有的沉积电极均设置为所需的复合涂层的材质，并按照相应顺序将其在基体的上方依次排列，不同的材质与基体之间有不同的间隙；
重复S2；
S5，不同的沉积涂层由于间隙不同，所以电容按照排布的先后顺序依次放电，沉积电极依次融化；
S6，不同的涂层沉积按照从下到上的顺序沉积在基体上，形成多层的沉积涂层。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
本发明设置有多组沉积电极，将同等的脉冲放电能量从一个沉积电极分散到多个沉积电极中，降低每个电极材料过渡沉积脉冲的能量，降低每个沉积电极单次沉积的材料的厚度，通过多次沉积得到的涂层，相比较单一涂层来说，涂层的质量会得到明显的提升，原来的单一涂层制备时通过点制备，一次成型，内层与基层贴合的涂层质量与外层与空气接触的涂层质量会出现差异，现在的多层可以使每层的表面分布均更为均匀，并提高粘合力，以提高复合涂层的表面质量；
该方法与传统的单个电极材料逐层沉积方法制备复合涂层相比，原有的涂层制备时通过单一的沉积电极进行制备，本发明通过多个沉积电极同时制备同一个基体上的复合涂层，在制备时可以同一水平线上设置多个沉积电极，通过多个沉积电极多通道同时制备复合涂层，可有效提高制备涂层的速度；
通过本发明的上述的两个效果，可有效解决电火花沉积的沉积效率和涂层表面质量之间的矛盾；
本发明所涉及的方法可以采用多个不同材料的电极对零件表面进行同时沉积得到复合涂层，可制备多层特性膜以及各种混合合金膜，生成不同性质的多层涂层，使零件的使用性能改善；
该方法与单通道放电沉积相比，将一次脉冲放电的脉冲能量分散到每个电极上，并同时产生多个通道放电，每个通道的放电能量得到了极大的弱化，因此放电过程中极间产生的放电爆炸力降低，单点的沉积涂层可以做到很薄，因此对零件的形状、尺寸精度和表面质量的影响比较容易控制；
当其中一个放电电路上的电位处于降低，由于二极管具备单向导电性，可以保证另外一个电路上的电位依然处于高点，使另外一个电路同样可以正常工作，对于每个放电电路和沉积电极的独立工作，提供有力的保障。
由于电极是多点同步放电，可以使沉积电极沉积面减小，进而通过多个点组合使熔化沉积和组织结构均匀，缺陷更少，致密性良好；
沉积过程中，能量由一个沉积电极分散到多个沉积电极，降低每个沉积电极在零件表面产生的火花放电热量；
电路中设置有限流电阻和电流表，可以通过限流电阻对电路进行保护，同时在工作时对电路电流进行检测，以提高装置的使用安全性。
附图说明
图1为本发明一种电火花多通道沉积制备复合涂层的结构及方法的示意图；
图2为本发明一种电火花多通道沉积制备复合涂层的结构及方法的概念图；
图3为单通道电火花沉积加工及涂层制备原理示意图；
附图标记：
1、脉冲电源；2、限流电阻；3、电流表；4、放电电路；5、二极管；6、电压表；7、电容；8、涂层；9、保护气体；10、沉积电极；11、放电通道；12、基体。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图1-3，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-3所示：一种电火花多通道沉积制备复合涂层的结构及方法，为了解决单通道电火花难以解决多层沉积涂层和复合沉积涂层制备效率的问题，应将其修改为可以多通道同时使用的结构，但是简单的单通道多个并立使用时电路相互连接会导致其相互影响，包括脉冲电源和并联在所述脉冲电源上的多个放电电路，所述放电电路包括串联在一起的二极管和电容，所述二极管的正极与所述脉冲电源的正极相连接，所述电容的一端与所述二极管的负极相连接，所述电容的另一端与所述脉冲电源的负极相连接，且待加工基体与所述脉冲电源的负极相连接，很显然的，为了使电路安全，同时保证涂层的电火花沉积制备正常进行，应该在选取电阻时选取合适的电阻，使电阻可以保护电路的同时不会影响装置的正常工作，也可以选用非线性的电阻丝，通过电流过大时的电阻丝烧穿达到对电路更好的保护，电路中还可以设置其他的元件，比如设置相应的控制结构对沉积电极的高度位置进行控制，实现两者更好的配合，进而制备出更高质量的涂层。
具体而言，如图1-3所示，一种电火花多通道沉积制备复合涂层的结构及方法，为了使电路正常工作，多个沉积电极10之间的工作不会互相影响，应该设置有相应的电路连接关系，使电路连通同时保证两者工作顺利，包括脉冲电源1和并联在所述脉冲电源1上的多个放电电路4，所述放电电路4包括串联在一起的二极管5和电容7，所述二极管5的正极与所述脉冲电源1的正极相连接，所述电容7的一端与所述二极管5的负极相连接，所述电容7的另一端与所述脉冲电源1的负极相连接，且待加工基体12与所述脉冲电源1的负极相连接；每个放电电路4的二极管5与电容7之间通过导线与一个沉积电极10的进电端相连接，沉积电极10的放电端位于待加工基体12的上方，所述放电电路4的数量为2至8个，所述沉积电极10采用金属电极，或者半导体电极，或者导电陶瓷电极，很显然的，为了使不同的沉积电极10可以同时加工，且不会相互影响，防止出现两个沉积电极10之间出现电火花，每个沉积电极10上应具备同样的极性，同时每个沉积电极10上均应设置有绝缘层，且相邻的沉积电极10之间应设置有一定的间隙，防止直接出现电火花，工作过程中沉积电极10和基体12之间由于有异种极性，更容易正常电火花，在沉积电极10与基体12均较远时，有时会出现相邻的放电电路4之间的电压差，通过绝缘层和两者之间的间距，可以防止出现异常电火花放电，电压表6是为了显示放电电路4的电压情况，由于电路中设置有电容7，为了防止出现电流逆流毁坏电压表6的指针，应该将放电电路4上的电压表6均应选取为可以同时测量正压和负压的电压表6，比如普通的万用表即可实现，还可以在电压表6上设置相应的控制结构，使其控制沉积加工头进行工作。
根据本发明的一个实施例，如图1-3所示，为了使电路正常运转，不会再工作过程中发生电路元件发热或者其他破坏电路的行为，电路中应设置有相应的连接关系和电路元件，使电路正常工作，所述脉冲电源1的正极端设置有限流电阻2，所述电容7的两端之间连接有电压表6，所述脉冲电源1的负极端设置有电流表3，很显然的，电路还可以设置其他的保护元件，比如在每个电压表6的一侧设置相应的限流电阻2或者其他的结构对其进行保护，还可以设置其他的结构对其他的元件进行保护，还可以设置相应的元件对电路进行降温或者控制。
根据本发明的一个实施例，如图1-3所示，为了保证涂层表面氧化现象受到抑制，涂层内气孔及微裂纹较少，减低表面粗糙度，所述沉积电极10在保护气体9环境中对待加工基体12进行涂层8制备，很显然的，保护气体9可以为氮气或者稀有气体，均可以满足保护的效果。
根据本发明的一个实施例，如图1-3所示，该图中设置有多个省略号，表示了该省略号旁边的结构有多个，还可以排布为多种形状，针对于不同的涂层8的制备，应该有不同的使用方法，在对所述基体12进行单复合涂层8沉积制备时；
S1，将所有的沉积电极10均设置为该复合涂层8的材质，并排布在基体12的上方；
S2，脉冲电源1脉冲放电，对每个电容7充电，脉冲结束，电容7放电；
S3，所有的沉积电极10均融化在基体12上，通过多个放电通道11同时制备，在基体12上形成沉积涂层8；
在对所述基体12进行多层涂层8沉积制备时；
S4，将所有的沉积电极10均设置为所需的复合涂层8的材质，并按照相应顺序将其在基体12的上方依次排列，不同的材质与基体12之间有不同的间隙；
重复S2；
S5，不同的沉积涂层由于间隙不同，所以电容7按照排布的先后顺序依次放电，沉积电极10依次融化；
S6，不同的涂层8沉积按照从下到上的顺序沉积在基体12上，形成多层的沉积涂层8；
很显然的，该发明还可以针对其他的涂层8进行多种方法的制备，比如可以制备单一的镀层，一样可以使用该装置进行涂层8制备，同时，针对于不同的情况，沉积电极10的位置也可以也可以发生变化，比如制备多层涂层8时，后方的沉积电极10高度应略高于前方的沉积电极10，以使制备出来的涂层8满足使用要求。
本发明的使用方法：在对基体12进行单层涂层8沉积制备时，将沉积电极10设置为一样的材质，将所有的沉积电极10均调设在基体12的上方，脉冲电源1通过脉冲放电给所有的电容7充电，脉冲电源1停止充电后，每个放电电路4中的电容7内的电量经过沉积电极10和基体12材料的间隙，然后将电能释放，沉积电极10和基体12材料之间形成放电火花，并产生材料沉积形成涂层8，且由于每个放电电路4上均设置有二极管5，通过二极管5的单向导电性，使每个放电电路4和沉积电极10相互独立，互不干扰，直至所有的电容7均完成放电，将涂层8制备在基体12上，然后脉冲电源1再次放电，并重复上操作。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种电火花多通道沉积制备复合涂层的结构及方法，其特征在于：包括脉冲电源（1）和并联在所述脉冲电源（1）上的多个放电电路（4），所述放电电路（4）包括串联在一起的二极管（5）和电容（7），所述二极管（5）的正极与所述脉冲电源（1）的正极相连接，所述电容（7）的一端与所述二极管（5）的负极相连接，所述电容（7）的另一端与所述脉冲电源（1）的负极相连接，且待加工基体（12）与所述脉冲电源（1）的负极相连接；每个放电电路（4）的二极管（5）与电容（7）之间通过导线与一个沉积电极（10）的进电端相连接，沉积电极（10）的放电端位于待加工基体（12）的上方。
2.如权利要求1所述的一种电火花多通道沉积制备复合涂层的结构及方法，其特征在于：所述放电电路（4）的数量为2至8个。
3.如权利要求1所述的一种电火花多通道沉积制备复合涂层的结构及方法，其特征在于：所述沉积电极（10）采用金属电极，或者半导体电极，或者导电陶瓷电极。
4.如权利要求1所述的一种电火花多通道沉积制备复合涂层的结构及方法，其特征在于：所述沉积电极（10）在保护气体（9）环境中对待加工基体（12）进行涂层（8）制备。
5.如权利要求1所述的一种电火花多通道沉积制备复合涂层的结构及方法，其特征在于：所述脉冲电源（1）的正极端设置有限流电阻（2）。
6.如权利要求1所述的一种电火花多通道沉积制备复合涂层的结构及方法，其特征在于：所述脉冲电源（1）的负极端设置有电流表（3）。
7.如权利要求1所述的一种电火花多通道沉积制备复合涂层的结构及方法，其特征在于：所述电容（7）的两端之间连接有电压表（6）。
8.一种电火花多通道沉积制备复合涂层结构的使用方法，其特征在于：在对所述基体（12）进行单复合涂层（8）沉积制备时；
S1，将所有的沉积电极（10）均设置为该复合涂层（8）的材质，并排布在基体（12）的上方；
S2，脉冲电源（1）脉冲放电，对每个电容（7）充电，脉冲结束，电容（7）放电；
S3，所有的沉积电极（10）均融化并过渡在基体（12）上，通过多个放电通道（11）同时制备，在基体（12）上形成沉积涂层（8）。
9.一种电火花多通道沉积制备复合涂层结构的使用方法，其特征在于：在对所述基体（12）进行多层涂层（8）沉积制备时；
S4，将所有的沉积电极（10）均设置为所需的复合涂层（8）的材质，并按照相应顺序将其在基体（12）的上方依次排列，不同的材质与基体（12）之间有不同的间隙；
重复S2；
S5，不同的沉积涂层由于间隙不同，所以电容（7）按照排布的先后顺序依次放电，沉积电极（10）依次融化并过渡；
S6，不同的涂层（8）沉积按照从下到上的顺序沉积在基体（12）上，形成多层的沉积涂层（8）。
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