CN114214692B - 电极总成 - Google Patents

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    • C25D17/10—Electrodes, e.g. composition, counter electrode

Abstract

电极总成，包括管状电极(2)、三通(3)、进水管(4)、出水管(5)、阀一(6)、阀二(7)、泵一、泵二，三通(3)分别接管状电极(2)、进水管(4)和出水管(5)，进水管(4)和出水管(5)分别与电解液存储容器相连，阀一(6)、泵一位于进水管(4)上，阀二(7)、泵二位于出水管(5)上，待氧化工件(1)开口朝上放置，管状电极(2)伸入工件(1)空腔，管状电极(2)和工件(1)分别接电源两极。本发明的装置和方法提供了一种间歇式的热电化学氧化方式来处理盲孔式工件内表面，在整个热电化学氧化过程中可维持电场、电解液流场、电解液温度的稳定性，提高成膜均匀性。

Description

电极总成
技术领域
本发明涉及热电化学氧化领域，具体涉及一种对一端开口工件如内燃机缸体内壁进行热电化学氧化处理的装置和方法。
背景技术
只有一端开口的工件，其内腔类似于盲孔，现有技术中尚缺乏对其内腔壁进行均匀镀膜的工装或工艺。目前常用的方法是通过中空电极将电解液注入再通过工件开口处的密封件将电解液排出，或通过工件开口处将电解液注入再通过内置的中空电极将电解液排出。但是这种方法的弊端在于，不论电解液的流动方式如何调整，电解液经过与缸体内腔底部相互作用后水流方向都要经过180°的转向，缸体内腔底部与电极之间存在大量的涡流，这就导致在对缸体进行镀膜处理时，缸体内腔底部区域很难形成高质量的均匀涂层。中国发明专利2016104785170公开了一种槽外缸体电镀工艺，通过扰流孔板将电解液注入缸体内腔，再通过内置于缸体中的中空电极将电解液排出，其通过扰流孔板调整电镀液的均匀性以提高电镀质量。中国发明专利2019112452888公开了一种用于缸体槽外电镀的阳极组件，其通过导流件上的布流孔缓冲水流调节均匀性。但是此类方式仅能调整缸体入口处流场的均匀性，难以对缸体底部的不规则流场起到规范作用。中国发明专利2016101112836公开了一种阳极总成，其通过阳极端部的径向过流槽对缸体底部的电镀液起到引流作用以减少缸体底部的涡流，提供电镀液的流动的稳定性，但是，这种方式也只能在一定程度上降低涡流的影响，不能从根本上改变缸体底部不规则流场造成的镀膜缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供可对一端开口的内燃机缸体内壁进行热电化学氧化处理的装置和方法，以克服现有技术存在的缺陷。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案具体如下：
电极总成，包括管状电极、三通、进水管、出水管、阀一、阀二、泵一、泵二，三通分别接管状电极、进水管和出水管，通过三通将管状电极、进水管和出水管固定在一起，三通构成管状电极的固定端。进水管和出水管分别与电解液存储容器相连，阀一、泵一位于进水管上，阀二、泵二位于出水管上，待氧化工件开口朝上放置，管状电极伸入工件空腔，优选的，管状电极中心轴与工件空腔中心轴重合，管状电极和工件分别接电源两极。
上述电极总成的使用方法：
(1)打开阀一，关闭阀二和泵二，开启泵一，将适量电解液泵入工件空腔内，停止泵一，静置一段时间使工件空腔内的电解液停止流动再接通电源进行一段时间的热电化学氧化，以减少工件空腔内的不规则涡流对氧化效果的影响；
(2)断开电源，关闭阀一，打开阀二，开启泵二将工件空腔内的电解液泵出；
重复步骤(1)和(2)，直至完成工件内壁的热电化学氧化全过程。
在本发明的一个实施例中，还包括控制器，阀一、阀二、泵一、泵二、电源分别与控制器信号连接，以实现自动化控制，具体步骤包括：
使阀二和泵二处于关闭状态，通过控制器向阀一发送信号打开阀一；
通过控制器向泵一发送信号使泵一开启将一定量的电解液泵入工件空腔内，之后泵一停转，静置一段时间；
通过控制器向电源发送信号，使电源开启一段时间，进行一个时间段的热电化学氧化；
通过控制器向电源发送信号使电源关闭，之后通过控制器依次向阀一、阀二、泵二发送信号依次关闭阀一，打开阀二，开启泵二，将工件空腔内的电解液泵出，关闭泵二；
重复以上步骤，直至完成工件内壁的热电化学氧化全过程。
在本发明的一个实施例中，还包括辅助性的水槽，水槽位于工件上方，用于提高工件内腔电解液的水位。
在本发明的一个实施例中，还包括液位传感器，液位传感器固定于水槽侧壁，液位传感器、阀一、阀二、泵一、泵二、电源分别与控制器信号连接，以实现全流程的自动化控制，具体步骤包括：
S70：设工件内壁的热电化学氧化过程分为n个时间段，n为自然数且n≥2，n个时间段的时长依次为t1,t2,t3…tn；
S71：使阀二和泵二的初始状态为关闭状态，通过控制器向阀一发送信号打开阀一(6)；
S72：通过控制器向泵一发送信号打开泵一将电解液泵入工件空腔内，当电解液液位到达液位传感器后，液位传感器向控制器发送液位信号，控制器接受到液位信号后向泵一发送信号使泵一停转；
S73：使工件内的电解液静置一段时间，之后通过控制器向电源发送信号，开启电源进行热电化学氧化，电源开启的时长为t1；
S74：通过控制器依次向阀一、阀二、泵二发送信号依次关闭阀一，开启阀二，开启泵二，将工件空腔内的电解液泵出；
S75：重复步骤S71-S74若干次，并且在每次重复中，步骤S73中的电源开启时长依次长为t2,t3…tn，最终完成工件内壁的热电化学氧化全过程。
在本发明的一个实施例中，进水管和出水管固定在水槽上，水槽可分离的压扣在工件上。水槽、电极、进水管、出水管构成了一体化的电极总成，水槽起到一个接口的作用，通过移动水槽可以实现电极总成与工件的快速对接、氧化的便捷化，并进一步提高自动化水平，具体包括步骤：
S90：固定住工件，将管状电极插入工件空腔，再将水槽底部压在工件上方，并保持管状电极与工件空腔同轴，以便于使电极与工件内壁之间形成均匀电场，设工件(1)内壁的热电化学氧化过程分为n个时间段，n为自然数且n≥2，n个时间段的时长依次为t1,t2,t3…tn；
S91：使阀二和泵二的初始状态为关闭状态，通过控制器向阀一发送信号打开阀一；
S92：通过控制器向泵一发送信号打开泵一将电解液泵入工件空腔内，当电解液液位到达液位传感器后，液位传感器向控制器发送液位信号，控制器接受到液位信号后向泵一发送信号使泵一停转；
S93：使工件内的电解液静置一段时间，之后通过控制器向电源发送信号，开启电源进行热电化学氧化，电源开启的时长为t1；
S94：通过控制器依次向阀一、阀二、泵二发送信号依次关闭阀一，开启阀二，开启泵二，将工件空腔内的电解液泵出；
S95：重复步骤S91-S94若干次，并且在每次重复中，步骤S93中的电源开启时长依次长为t2,t3…tn，最终完成工件内壁的热电化学氧化全过程；
S96：将水槽和管状电极与工件分离，更换新的待加工工件，重复步骤S90-S95，实现对下一个工件的热电化学氧化。
进一步，还包括固定杆和套环，固定杆成十字交叉，固定杆外端固定于水槽内壁，固定杆内端固定于套环，所述管状电极固定在套环内，通过固定杆和套环可以保持管状电极与水槽的相对位置，以保证水槽和工件对接后管状电极位于工件内腔中央。
与现有技术，本发明的有益技术效果：
本发明提供了一种间歇式的热电化学氧化方式来处理盲孔式工件内表面，注入电解液后静置一端时间再进行热电化学氧化，工件内腔里的电解液处于近乎静止的状态，可最大化的减少不规则涡流对氧化成膜均匀性的影响，克服了盲孔式的工件在进行内表面处理时由于缸体底部不规则流场造成的镀膜缺陷；注水-抽水交替进行，可快速带走热电化学氧化在工件空腔产生的热量，在整个热电化学氧化过程中可维持电场、电解液流场、电解液温度的稳定性，提高成膜均匀性；
管状电极同时作为电极、进水管和出水管使用，实现注水-热电化学氧化-抽水的便捷化；与水槽和传感器集成后可作为一体化的电极总成实现高度自动化的作业，提高热电化学氧化加工效率。
附图说明
图1是本发明实施例1中的电极总成俯视图；
图2是图1中的A-A剖面图；
图3是本发明实施例2中的电极总成剖视图；
图4是本发明实施例3中的电极总成俯视图；
图5是图4中的A-A剖面图；
以上图1-5中，1缸体；2管状电极；3三通；4进水管；5出水管；6阀一；7阀二；8环形水槽；9液位传感器；10固定杆；11套环。
具体实施方式：
下面将结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1和2所示，一种电极总成，包括管状电极2、三通3、进水管4、出水管5、阀一6、阀二7、泵一、泵二，三通3分别接管状电极2、进水管4和出水管5，进水管4和出水管5分别与电解液存储容器相连，阀一6、泵一位于进水管4上，阀二7、泵二位于出水管5上，待氧化工件1开口朝上放置，管状电极2伸入工件1空腔，管状电极2和工件1分别接电源两极。
本实施例装置的使用方法：
S21：打开阀一6，关闭阀二7和泵二，开启泵一，将适量电解液泵入工件1空腔内，停止泵一，静置一段时间，接通电源进行一段时间的热电化学氧化；
S22：断开电源，关闭阀一6，打开阀二7，开启泵二将工件1空腔内的电解液泵出；
S23：重复步骤S21-S22，直至完成工件1内壁的热电化学氧化全过程。
实施例2
本实施例与实施例1不同之处在于，还包括控制器，阀一6、阀二7、泵一、泵二、所述电源分别与控制器信号连接，阀一6、阀二7根据实际工况选用合适的电磁阀，控制器可以是PLC、单片机等。本实施例的使用方法：
S41：使阀二7和泵二处于关闭状态，通过控制器向阀一6发送信号打开阀一6；
S42：通过控制器向泵一发送信号使泵一开启将一定量的电解液泵入工件1空腔内，之后泵一停转，静置一段时间；
S43：通过控制器向电源发送信号，使电源开启一段时间，进行一个时间段的热电化学氧化；
S44：通过控制器向电源发送信号使电源关闭，之后通过控制器依次向阀一6、阀二7、泵二发送信号依次关闭阀一6，打开阀二7，开启泵二，将工件1空腔内的电解液泵出，关闭泵二；
S45：重复步骤S41-S44，直至完成工件1内壁的热电化学氧化全过程。
实施例3
如图3所示，本实施例与实施例2不同之处在于，还包括用于提高工件1内腔电解液水位的水槽8，水槽8位于工件1上方。此外，还包括液位传感器9，液位传感器9固定于水槽8侧壁，液位传感器9、阀一6、阀二7、泵一、泵二、电源分别与控制器信号连接。
本实施例的使用方法包括步骤：
S70：设工件1内壁的热电化学氧化过程分为n个时间段，n为自然数且n≥2，n个时间段的时长依次为t1,t2,t3…tn；
S71：使阀二7和泵二的初始状态为关闭状态，通过控制器向阀一6发送信号打开阀一6；
S72：通过控制器向泵一发送信号打开泵一将电解液泵入工件1空腔内，当电解液液位到达液位传感器9后，液位传感器9向控制器发送液位信号，控制器接受到液位信号后向泵一发送信号使泵一停转；
S73：使工件1内的电解液静置一段时间，之后通过控制器向电源发送信号，开启电源进行热电化学氧化，电源开启的时长为t1；
S74：通过控制器依次向阀一6、阀二7、泵二发送信号依次关闭阀一6，开启阀二7，开启泵二，将工件1空腔内的电解液泵出；
S75：重复步骤S71-S74若干次，并且在每次重复中，步骤S73中的电源开启时长依次长为t2,t3…tn，最终完成工件1内壁的热电化学氧化全过程。
实施例4
如图4和5所示，本实施例与实施例3相比，不同之处在于，进水管4和出水管5固定在水槽8上，使管状电极2、进水管4和出水管5集成在水槽8上，水槽8构成接口总成与工件1对接。此外，还包括固定杆10和套环11，固定杆10成十字交叉，固定杆10外端固定于水槽8内壁，固定杆10内端固定于套环11，管状电极2固定在套环11内，通过套环11和固定杆10可实现对管状电极2的定位和辅助固定。本实施例的装置的使用方法包括步骤：
S90：固定住工件1，将管状电极2插入工件1空腔，再将水槽8底部压在工件1上方，并保持管状电极2与工件1空腔同轴，设工件1内壁的热电化学氧化过程分为n个时间段，n为自然数且n≥2，n个时间段的时长依次为t1,t2,t3…tn；
S91：使阀二7和泵二的初始状态为关闭状态，通过控制器向阀一6发送信号打开阀一6；
S92：通过控制器向泵一发送信号打开泵一将电解液泵入工件1空腔内，当电解液液位到达液位传感器9后，液位传感器9向控制器发送液位信号，控制器接受到液位信号后向泵一发送信号使泵一停转；
S93：使工件1内的电解液静置一段时间，之后通过控制器向电源发送信号，开启电源进行热电化学氧化，电源开启的时长为t1；
S94：通过控制器依次向阀一6、阀二7、泵二发送信号依次关闭阀一6，开启阀二7，开启泵二，将工件1空腔内的电解液泵出；
S95：重复步骤S91-S94若干次，并且在每次重复中，步骤S93中的电源开启时长依次长为t2,t3…tn，最终完成工件1内壁的热电化学氧化全过程；
S96：移开水槽8和管状电极2，取下完成热电化学氧化的工件，更换新的待氧化工件，重复步骤S90-S95。

Claims (5)

1.一种盲孔式工件的热电化学氧化方法，其特征在于，电极总成包括管状电极（2）、三通（3）、进水管（4）、出水管（5）、阀一（6）、阀二（7）、泵一、泵二，三通（3）分别接管状电极（2）、进水管（4）和出水管（5），进水管（4）和出水管（5）分别与电解液存储容器相连，阀一（6）、泵一位于进水管（4）上，阀二（7）、泵二位于出水管（5）上，待氧化盲孔式工件（1）开口朝上放置，管状电极（2）伸入盲孔式工件（1）空腔，管状电极（2）和盲孔式工件（1）分别接电源两极；
氧化方法包括步骤：
S21：打开阀一（6），关闭阀二（7）和泵二，开启泵一，将适量电解液泵入盲孔式工件（1）空腔内，停止泵一，静置一段时间，接通电源进行一段时间的热电化学氧化；
S22：断开电源，关闭阀一（6），打开阀二（7），开启泵二将盲孔式工件（1）空腔内的电解液泵出；
S23：重复步骤S21-S22，直至完成盲孔式工件（1）内壁的热电化学氧化全过程。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电极总成还包括控制器，所述阀一（6）、所述阀二（7）、所述泵一、所述泵二、所述电源分别与控制器信号连接；
所述氧化方法包括步骤：
S41：使阀二（7）和泵二处于关闭状态，通过控制器向阀一（6）发送信号打开阀一（6）；
S42：通过控制器向泵一发送信号使泵一开启将一定量的电解液泵入盲孔式工件（1）空腔内，之后泵一停转，静置一段时间；
S43：通过控制器向电源发送信号，使电源开启一段时间，进行一个时间段的热电化学氧化；
S44：通过控制器向电源发送信号使电源关闭，之后通过控制器依次向阀一（6）、阀二（7）、泵二发送信号依次关闭阀一（6），打开阀二（7），开启泵二，将盲孔式工件（1）空腔内的电解液泵出，关闭泵二；
S45：重复步骤S41-S44，直至完成盲孔式工件（1）内壁的热电化学氧化全过程。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电极总成还包括用于提高盲孔式工件（1）内腔电解液水位的水槽（8），水槽（8）位于所述盲孔式工件（1）上方；
还包括液位传感器（9），液位传感器（9）固定于所述水槽（8）侧壁，液位传感器（9）、所述阀一（6）、所述阀二（7）、所述泵一、所述泵二、所述电源分别与控制器信号连接；
所述氧化方法包括步骤：
S70：设盲孔式工件（1）内壁的热电化学氧化过程分为n个时间段，n为自然数且n≥2，n个时间段的时长依次为t1,t2,t3…tn；
S71：使阀二（7）和泵二的初始状态为关闭状态，通过控制器向阀一（6）发送信号打开阀一（6）；
S72：通过控制器向泵一发送信号打开泵一将电解液泵入盲孔式工件（1）空腔内，当电解液液位到达液位传感器（9）后，液位传感器（9）向控制器发送液位信号，控制器接受到液位信号后向泵一发送信号使泵一停转；
S73：使盲孔式工件（1）内的电解液静置一段时间，之后通过控制器向电源发送信号，开启电源进行热电化学氧化，电源开启的时长为t1；
S74：通过控制器依次向阀一（6）、阀二（7）、泵二发送信号依次关闭阀一（6），开启阀二（7），开启泵二，将盲孔式工件（1）空腔内的电解液泵出；
S75：重复步骤S71-S74若干次，并且在每次重复中，步骤S73中的电源开启时长依次长为t2,t3…tn，最终完成盲孔式工件（1）内壁的热电化学氧化全过程。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述进水管（4）和出水管（5）固定在所述水槽（8）上，所述水槽（8）可分离的压在所述盲孔式工件（1）上方；
所述氧化方法包括步骤：
S90：固定住盲孔式工件（1），将管状电极（2）插入盲孔式工件（1）空腔，再将水槽（8）底部压在盲孔式工件（1）上方，并保持管状电极（2）与盲孔式工件（1）空腔同轴，设盲孔式工件（1）内壁的热电化学氧化过程分为n个时间段，n为自然数且n≥2，n个时间段的时长依次为t1,t2,t3…tn；
S91：使阀二（7）和泵二的初始状态为关闭状态，通过控制器向阀一（6）发送信号打开阀一（6）；
S92：通过控制器向泵一发送信号打开泵一将电解液泵入盲孔式工件（1）空腔内，当电解液液位到达液位传感器（9）后，液位传感器（9）向控制器发送液位信号，控制器接受到液位信号后向泵一发送信号使泵一停转；
S93：使盲孔式工件（1）内的电解液静置一段时间，之后通过控制器向电源发送信号，开启电源进行热电化学氧化，电源开启的时长为t1；
S94：通过控制器依次向阀一（6）、阀二（7）、泵二发送信号依次关闭阀一（6），开启阀二（7），开启泵二，将盲孔式工件（1）空腔内的电解液泵出；
S95：重复步骤S91-S94若干次，并且在每次重复中，步骤S93中的电源开启时长依次长为t2,t3…tn，最终完成盲孔式工件（1）内壁的热电化学氧化全过程；
S96：将水槽（8）和管状电极（2）与盲孔式工件（1）分离，更换新的待加工工件，重复步骤S90-S95。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述电极总成还包括固定杆（10）和套环（11），固定杆（10）成十字交叉，固定杆（10）外端固定于所述水槽（8）内壁，固定杆（10）内端固定于套环（11），所述管状电极（2）固定在套环（11）内。
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