CN1261620C - 化成被膜处理装置 - Google Patents

Abstract

一种化成被膜处理装置，该磷酸盐被膜处理装置，通过在规定的电解液中对金属素材进行电解处理，而在金属素材上形成磷酸盐被膜；在阳极与阴极中，一方电极内外贯通另一方电极的周壁并与金属素材相对接，另一方电极以距金属素材呈一定的间隔配置，且该另一方电极，被形成为筒状并在整个长度上覆盖金属素材。

Description

化成被膜处理装置

技术领域

本发明涉及一种化成被膜(化学生成膜)处理装置。

背景技术

一般地，在金属素材的表面形成磷酸盐被膜作为冷锻用的润滑底层或涂装底层等，但在一般的浸渍法中，于不锈钢上形成磷酸盐被膜是困难的。因此，在不锈钢上，很多都是进行草酸氧化处理而形成草酸盐被膜。但是，由于磷酸盐被膜比草酸盐被膜相对要好，故希望得到一种在不锈钢上可形成磷酸盐被膜的方法。针对于此，本申请人，开发了一种通过进行电解处理而在不锈钢上形成磷酸盐被膜的方法。

虽然可由所述的电解处理形成磷酸盐被膜，但是，接着成为问题的是怎样均匀且高速地形成被膜。这从适用于冷锻的制造工序等的观点上看是非常重要的课题。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种可均匀且高速地形成被膜的化成被膜处理装置。

本发明人，首先，进行了如图5所示的实验，从截面观察，在圆柱状的金属素材W的左右两侧分别大致相互平行地配置平板状的阳极α，并使阴极β与金属素材相对接进行电解处理(这时为阴极电解)。但是，很难得到均匀的磷酸盐被膜，并在短时间内也部分地存在没有形成被膜的位置，尤其在素材W的上下部分或两端面比较明显。

因此，进一步反复专心研究的结果，发现用电极覆盖整个金属素材，能够在表面迅速形成均匀的被膜，以至于达到本发明的目的。

即，本发明的化成被膜处理装置，是一种具备电解槽，该电解槽中存放电解液，该电解液用于对金属素材进行电解处理而在金属素材上形成化成被膜，，其特征在于：在阳极与阴极中，一方电极内外贯通另一方电极的周壁并与金属素材相对接，另一方电极以距金属素材呈一定的间隔配置，且该另一方电极，被形成为筒状并在整个长度上覆盖金属素材。

在此，所述筒状不只是圆筒状也包括方筒状，也包括沿周方向分段的结构。另外，所述在整个长度上覆盖金属素材，是指金属素材不从筒状的电极的端部露出到外部，也包括金属素材的端部与筒状的电极的端部大致为对齐面上的情况。

在该构成中，由于电极被形成为筒状、以在整个长度上覆盖金属素材，故例如在金属素材为圆柱状时，于整个素材的周面上形成均匀的化成被膜。另外，由于利用筒状的电极覆盖素材，故与上述那样的平板状的电极相比能够高速形成被膜。

尤其是，最好将呈筒状的另一方电极作为阳极，将与金属素材相对接的一方电极作为阴极而进行阴极电解处理。将与金属素材相对接的一方电极设为阳极的阳极电解处理的构成的情况，也可高速且均匀地形成被膜，但具有产生沉积物的问题。而通过进行阴极电解，具有可抑制产生沉积物的优点。

另外，最好与金属素材相对接的电极与金属素材以点接触。通过将接触面积抑制在最小限度而可得到更加均匀的被膜。

另外，最好是：另一方电极大致为水平设置，在另一方电极的内面、朝向中心凸出设有绝缘体的支撑部件，由该支撑部件与一方电极将金属素材保持在另一方电极的大致中心。

在该构成中，通过大致水平设置筒状的电极的同时，又利用与金属素材相对接的一方电极，而以简单的构成可靠地将素材保持在大致中心，并且因保持在大致中心而被膜也更加均匀。

并且，最好是：将具有大致水平的旋转中心轴的旋转体设置成其下侧一定区域浸在电解液中，并在该旋转体上沿旋转体的圆周方向各以一定间隔安装固定多个另一方电极，一方电极也分别与另一方电极相对应设置，通过旋转体的旋转，在另一方电极内的金属素材通过电解液期间形成化成盐被膜。

在该构成中，依次将素材放入筒状的电极内，并利用旋转体的旋转而可高效地向电解液中放入素材。即，以短时间高速地处理大量的素材，据此，例如可组装到设置有冷锻的压铸机的制造工序上呈一生产线。并且，由于筒状的电极大致水平，利用一方电极与支撑部件保持素材，故即使旋转体旋转也能够可靠地保持素材。

另外，最好是：将一方电极设为阴极，将另一方电极设为阳极，并且以阴极的前端在电解液中朝向下方、在电解液外朝向上方的方式设置各电极。由于在电解液外阴极的前端朝向上方，故附着在阴极上的电解液从前端流向下方，其结果，能够抑制前端残留液体。从而，能够省去另需研磨等方法除去残留液体时在阴极的前端形成的薄的被膜的工夫或结构。

另外，本发明的化成被膜处理装置，最好：为了在金属素材上形成化成磷酸盐被膜，而在电解槽中存放作为电解液的磷酸盐被膜处理液。

在此，作为化成被膜，除磷酸盐被膜之外，也有草酸盐、铝的氟化物、氧化铜、或氟化钛等被膜。对于这些化成被膜也可以比现行要高速化及均匀化来形成。

如上所述，因为呈筒状形成距金属素材以一定间隔配置的电极并在整个长度上覆盖金属素材，所以能够均匀且高速地形成磷酸盐被膜、化成被膜。

附图说明

图1是本发明的一实施例的磷酸盐被膜处理装置的概略主视图。

图2是同上装置的概略侧剖视图。

图3是包括表示同上装置的主要部分的局部剖面的放大图。

图4是图2的局部放大图。

图5是现行装置的概略说明图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的化成被膜处理装置的一实施例进行说明。同时，在图2中，省略了剖面线。

另外，对于形成被膜的金属素材，虽然各种形状的素材均可作为对象，但在以下的说明中，作为金属素材以冷锻的钢坯、尤其以阶梯圆柱状的钢坯为对象进行说明。此外，所谓钢坯，可定为具有一定长度的圆柱状、方柱状、圆筒状、方筒状。

如图1及图2所示，本实施例的化成被膜处理装置，具有存放规定的电解液的电解槽1、和作为可浸渍在该电解槽1中的电解液中下侧规定的区域而设置的旋转体的旋转板2。

在此，可采用各种液体作为电解液。例如，使用含有锌离子、磷酸离子及硝酸离子、最好使用含有从镁、铝、钙、锰、铬、铁、镍构成的组中选出的至少1种金属离子的磷酸盐处理液。进一步详细地讲，优选含有20～50g/L的锌离子、20～70g/L磷酸离子、30～80g/L硝酸离子，更优选含有亚硝酸离子、过氧化氢、氯离子等氧化剂。

另外，膜厚，可以一定的处理液的浓度或温度、电流密度、处理时间形成。处理液的温度最好取室温～80℃，电流密度最好为20～100A/dm²。

另一方面，如图2所示，在电解槽1的上方大致水平设有由马达3给予驱动力的旋转中心轴4，并在该旋转中心轴4的一端侧同轴且一体安装固定有上述旋转板2。

在旋转板2的外周部，沿旋转板2的周方向、以规定间隔安装固定有多个电极框5。具体地讲，如图1所示，在同一圆上以30度的间隔总共安装12个。但电极框5的间隔或个数并不局限于此。此外，通过马达的控制，旋转板2也以每30度间歇旋转。该电极框5，在其大致中央处前后贯通地形成具有与旋转中心轴4大致平行的轴线的圆孔，如图3及图4所示整体呈筒状。电极框5，由树脂等绝缘体形成，并在其内面上固定有圆筒状的阳极α。即，在本实施例中，形成圆筒状的阳极α，并通过电极框5将其大致水平地安装在旋转板2上。

形成圆筒状的阳极α的大小，要根据进行被膜处理的钢坯W的全长或直径等尺寸来决定，但至少必须是覆盖钢坯W全长程度的长度。也可将阳极α的全长设定得与钢坯W的全长大致相等且钢坯W的端部W1与阳极α的端部α1大致为对齐平面。但是，必须使钢坯W从阳极α的端部α1露到外部。

该阳极α，采用厚度为0.5mm左右的薄板状的钛板，并对其内面施以镀铂。此外，也包括后述的阴极β的电极，可采用碳、不锈钢、铂、钛合金、钛-白金覆盖合金(通称DSE)等。另外，也可取与电解液中所含有的金属离子同种的金属作阳极α，以便能够连续供给金属离子，但在这种情况下，必须将电解液中的金属离子量保持为一定量地管理控制电解液。

其次，对将钢坯W保持在阳极α的从截面看的大致中心的保持装置进行说明。

如图3及图4所示，圆棒状的阴极β，以内外贯通电极框5及阳极α的圆周壁的方式设在每个电极框5上。该阴极β，被由树脂等绝缘体制成的圆筒状的套筒6所覆盖。从该套筒6的一端露出的阴极β的前端β1呈尖状，该前端β1与钢坯W的圆周面构成点接触。另外，阴极β的根端β2，沿轴方向穿过中空状的旋转中心轴4的内部，并由配线8与设于旋转中心轴4的另一端部的套筒环7相连接。

此外，如图1所示，阴极β，从正面观察(沿轴方向观察)、相对连接旋转中心轴4的中心与阳极α的中心的线段倾斜一定角度(在本实施例中为15度)。

另一方面，如图4所示，在阳极α的后方侧端部的外周面上，焊接钛棒9的前端9a。该钛棒9在旋转板2的后面侧朝向旋转中心轴4延伸、并在旋转中心轴4附近位置向前贯通旋转板2，并利用热收缩管覆盖其大致整个长度。而且，钛棒9的根部9b也与阴极β相同地由配线10与套筒环7相连接。而且，如图1所示，控制两电极α、β仅处在从位置b到位置c之间时进行通电。即，在位置b开始通电，在位置c结束通电。

另一方面，在图3及图4中，阴极β可沿圆筒状的阳极α的径方向进退。具体地讲，在位于电极框5的内侧的内基座11上固定阴极β，并且该内基座11通过一对连接棒13与位于电极框5的外侧的外基座12相连接。两基座11、12均由树脂等绝缘体构成。而且，在连接棒13上、外基座12与电极框5之间的位置，分别安装有螺旋弹簧14，利用该螺旋弹簧14对外基座12施力于朝向外侧，从而，内基座11及阴极β也被施力于朝向外侧。即，阴极β由作为施力装置的螺旋弹簧14向阳极α的中心侧施力。

另外，如图3所示，在阳极α的内面朝向中心，凸出设有作为由树脂等绝缘体制成的支撑部件的支撑销15。该支撑销15的前端15a呈尖状并与钢坯W的圆周面实行点接触。支撑销15，利用螺栓安装在电极框5的内面，并沿径方向贯通阳极α。如图3所示在沿轴方向观察阳极α时的圆周方向、以规定角度配设的一对支撑销15，如图4所示沿轴方向设置两组，一共设置4个。该支撑销15位于阴极β的相反侧。即，若以旋转板2为基准，则阴极β位于旋转板2的中心侧，支撑销15相对地位于旋转板2的外周侧。利用该阴极β与多个支撑销15来沿阳极α的径方向夹持钢坯W。该进行夹持的力是作为施力装置的螺旋弹簧14的弹簧力。这样，阴极β与支撑销15构成将钢坯W保持在阳极α的大致中心的保持装置。此外，阴极β，总是处在被朝向阳极α的中心施力并与支撑销15一起夹紧钢坯W的状态，但对夹紧的解除是利用未图示的气缸来进行的。此外，在图3中，分别用实线表示解除夹紧的状态，虚线表示夹紧状态。

并且，在图1中，位置a是将钢坯W放入阳极α内的放入位置，位置d是从阳极α内排出被膜处理后的钢坯W的排出位置。放入及排出均从旋转板2的前方侧进行。仅在该放入排出两位置a、d时才使气缸工作而使阴极β成为解除夹紧的退状态。除此之外，不使气缸工作，利用螺旋弹簧14的弹簧力使阴极β处在进状态，从放入位置a到排出位置d之间夹紧钢坯W。

另外，在放入时，首先，气缸工作，使阴极β成为退状态。在放入位置a，由于阴极β及支撑销15处在大致左右方向，故将钢坯W载置在上面为V字形的支撑基座16上，并与支撑基座16一起将钢坯W从前方侧沿轴方向插入在阳极α内。而且，使气缸停止并利用螺旋弹簧14的弹簧力使阴极β作为进状态夹紧钢坯W后，仅支撑基座16沿轴方向从阳极α沿轴方向退出。

在排出时，在将支撑基座16插入阳极α内并到达钢坯W的下方位置后，使气缸工作、使阴极β处在退状态，将钢坯W载置在支撑基座16上，支撑基座16与钢坯W一起向前方侧从阳极α内退出。

此外，阴极β位于电极框5的中心侧位置，所以，阴极β的前端β1在电解液中朝向下方侧，而在电解液外朝向上方。

在以上的装置中，因为阳极α并不是如图5所示那样的平板状而被形成圆筒状，所以可在钢坯W的整个外周面上均匀地形成磷酸盐被膜。并且，由于阳极α在整个长度上覆盖钢坯W，故也可在钢坯W的端面上均匀地形成被膜。这样，由于呈圆筒状且覆盖全长，故可高速地形成均匀的被膜。尤其是如果如本实施例那样将钢坯W保持在阳极α的大致中心，则能够更加均匀地形成被膜。

另外，使阴极β的前端β1与钢坯W以点接触、及支撑销15也点接触，有助于被膜的均匀化。

另一方面，在本实施例中，由于是将与钢坯W相对接的电极设为阴极β的阴极电解，故可抑制沉积物的产生。但是，相反也可使阳极α与钢坯W相对接进行阳极电解，这时也能够均匀且高速形成被膜。

另外，由于是利用与钢坯W相对接的阴极β作为保持装置的结构，故可简化保持装置的结构，使整个装置变得简单。

在以上的装置中，于放入位置a依次将钢坯W放入阳极α内，被放入的钢坯W对应旋转板2的旋转通过电解液。在从位置b到位置c之间进行通电，在这期间形成被膜，然后，被膜处理结束的钢坯W依次从排出位置d排出，再送到下游的工序。

这样，由于是在旋转板2上安装多个阳极α的结构，故可利用旋转板2的旋转，依次向电解液中送入钢坯W并进行被膜处理。即，根据利用旋转板2的旋转的本装置，能够连续地且以短间隔对大量的钢坯W进行被膜处理。从而，将该装置配置在与压铸机相连接的一连串的生产线上，能够进行与压铸机的处理能力相对应的被膜处理。

此外，在上述实施例中，采用了将支撑销15侧配置在旋转板2的外周侧、将阴极β侧配置在旋转板2的中心侧的结构，但也可相反配置。但是，通过将阴极β侧配置在旋转板2的中心侧，而使阴极β的前端β1在电解液外时朝向上方，其结果，附着在阴极β上的电解液从前端β1流向下方的根端β2侧。若在阴极β的前端β1残留的电解液多，则具有在前端β1形成薄被膜的缺陷，必须花费工夫对前端β1另进行精细的研磨等。另外，必须设置研磨的机构，装置也变得复杂。从而，如果在电解液外使前端β1朝向上方，则能省去阴极β的前端β1的研磨的工夫或构成，即使在进行研磨时也只需简单研磨即可。

另外，把阳极α设成圆筒状，但也可设成截面呈椭圆形状的筒状或截面呈多边形的方筒状。并且，筒状的形状也可不沿周方向连续，例如也可为如一半或1/3那样部分地截断而沿周方向不连续的形状。另外，也可以在轴方向上不连续，可设为网状的筒状。

此外，在上述说明中，对在电解槽1中加入磷酸盐处理液作为电解液，并以由不锈钢制成的钢坯W为对象的磷酸盐处理装置进行说明，但也可在该装置的电解槽1中加入其他的处理液，例如放入草酸盐处理液作为电解液，并使用草酸盐被膜处理装置或使用其他的化成被膜处理装置。在这种情况下，也可比现行要均匀且高速地形成被膜。从而，钢坯W也不局限于不锈钢，碳素钢、铬钢、铬-钼钢、镍-铬钢、镍-铬-钼钢、硼钢、锰钢等钢铁材料、或铝、镁、钛、铜等有色金属材料等、各种导电性材料均可作为对象。

此外，在上述实施例中，大致水平设置圆筒状的阳极α，但也可大致垂直等进行设置。但是，通过大致水平地设置，而具有以简单的构成能可靠地保持钢坯W的优点。

另外，虽然采用利用阴极β的结构来作为保持钢坯W的保持装置，但也可取代阴极β而另设由绝缘体制成的保持部件。

并且，虽然使用圆板状的旋转板2作为旋转体，但作为由从旋转中心轴4沿径方向延伸的多个辐条状构成的旋转体等、旋转体的结构也可适当改变设计。当然，除采用使用旋转体的所谓旋转式的结构以外，也可采用在保持钢坯W同时上下移动、将钢坯W浸渍在电解液中一定时间而形成被膜的结构等各种结构。另外，除上述外，也可将阴极β侧形成为筒状。无论怎样，通过将阴阳两极中的、不与钢坯W相对接、距钢坯W呈一定的间隔配置的一侧的电极形成筒状，并利用筒状的电极在整个长度上覆盖钢坯W，就可均匀且高速地形成被膜。

Claims (7)

1.一种化成被膜处理装置，具备电解槽，该电解槽中存放电解液，该电解液用于对金属素材进行电解处理而在金属素材上形成化成被膜，其特征在于：

在阳极与阴极中，一方电极内外贯通另一方电极的周壁并与金属素材相对接，另一方电极以距金属素材呈一定的间隔配置，且该另一方电极被形成为筒状并在整个长度上覆盖金属素材。

2.如权利要求1所述的化成被膜处理装置，其特征在于：一方电极是阴极、另一方电极是阳极。

3.如权利要求1所述的化成被膜处理装置，其特征在于：一方电极与金属素材以点接触。

4.如权利要求1～3中任意一项所述的化成被膜处理装置，其特征在于：大致水平设置另一方电极，在另一方电极的内面、朝向中心凸出设置绝缘体的支撑部件，并由该支撑部件和一方电极将金属素材保持在另一方电极的大致中心。

5.如权利要求4所述的化成被膜处理装置，其特征在于：具有大致水平的旋转中心轴的旋转体、被设置成其下侧规定区域浸在电解液中，并在该旋转体上沿旋转体的圆周方向各以一定间隔安装固定多个另一方电极，一方电极也分别与另一方电极相对应设置，通过旋转体的旋转、在另一方电极内的金属素材通过电解液期间形成化成被膜。

6.如权利要求5所述的化成被膜处理装置，其特征在于：一方电极是阴极，另一方电极是阳极，将阴极的前端设置成在电解液中朝向下方、在电解液外朝向上方。

7.如权利要求1所述的化成被膜处理装置，其特征在于：为了在金属素材上形成化成磷酸盐被膜，而在电解槽中存放作为电解液的磷酸盐被膜处理液。

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