CN202808974U - 合金表面微弧氧化制备含羟基磷灰石涂层的装置 - Google Patents
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Abstract
合金表面微弧氧化制备含羟基磷灰石涂层的装置属于钛合金微弧氧化制备生物陶瓷涂层领域，该装置包括电源、电压电流表、电源控制器、阳极、阴极、搅拌器、循环冷却系统、电解槽、pH值控制器、pH值检测传感器和添加剂控制器。本实用新型的有益效果是：该装置采用搅拌器使电解液形成对流循环，大幅增加电解溶液中离子的传质效率，循环冷却系统确保了电解溶液的温度稳定在最优反应温度范围之内，从而有效提高了微弧氧化膜的成膜效果。
Description
技术领域
本实用新型属于钛合金微弧氧化制备生物陶瓷涂层领域，具体涉及一种合金表面微弧氧化制备含羟基磷灰石涂层的装置。
背景技术
现有的合金表面微弧氧化制备含羟基磷灰石涂层过程中，其制备装置中的电解溶液稳定性受到pH值变化的影响很大，微弧氧化陶瓷膜的形成会消耗阳极界面处的离子，使得电解溶液pH值呈下降的趋势。在此过程中，越靠近电极表面，溶液离子的浓度越低，进而形成了向电极方向的浓度梯度。溶液中的离子要从高浓度向低浓度传送，以便供应阳极附近逐渐减少的离子数量，这一过程为传质过程。而单独依靠电解溶液自身梯度差的传质过程，其传质效率低下，不能很好地满足微弧氧化过程的要求。
此外，除了微弧氧化反应本身释放出的大量热量之外，由于在氧化膜层孔隙中和阻挡层里的电解液的电阻率高，通过焦耳效应也产生和释放出热量，同时微等离子体放电也产生的热量，这些热效应都会使电解液温度很快上升。而电解液温度越高电解液溶解速率就越大，使得氧化膜的生长速度变得越来越缓慢。研究发现，在高温环境下，钛合金表面羟基磷灰石涂层更容易发生烧蚀现象，引起膜层局部腐蚀，膜层粗糙度也变大，同时温度上升会导致试样电流密度加大，影响成膜效果。这些原因使得钛合金基体表面无法形成完整的氧化膜，还严重影响了羟基磷灰石涂层的性能。
实用新型内容
为解决现有合金表面微弧氧化制备含羟基磷灰石涂层过程中阳极界面处的离子消耗导致电解溶液pH值随之下降，严重电解溶液稳定性以及微弧氧化过程中各种因素导致的电解溶液升温较快，进而引起膜层局部腐蚀和膜层粗糙度变大，影响成膜效果的技术问题，本实用新型提供一种合金表面微弧氧化制备含羟基磷灰石涂层的装置。
本实用新型解决技术问题所采取的技术方案如下：
合金表面微弧氧化制备含羟基磷灰石涂层的装置包括电源、电压电流表、电源控制器、阳极、阴极、搅拌器、循环冷却系统、电解槽、pH值控制器、pH值检测传感器和添加剂控制器；
电源控制器与电源连接并对电源进行控制，电源的输入端与交流V电源连接；循环冷却系统和pH值检测传感器分别设置在电解槽两端的内侧，循环冷却系统用于对电解槽内的电解液进行循环冷却；pH值检测传感器用于检测电解槽内部电解液的pH值；电解槽内侧中部对称设有阳极和阴极，其二者分别通过电压电流表和导线与电源的输出端连接；
搅拌器设置于电解槽的上方，其搅拌叶片位于电解槽的阴极与阳极连线的中央，搅拌器用于对电解槽内部的电解液进行搅拌；添加剂控制器位于电解槽的上方，其用于承载调节电解液pH值的添加剂；pH值控制器的输入端与pH值检测传感器连接，其输出端与添加剂控制器连接，pH值控制器用于接收由pH值检测传感器检测并传送来的电解液pH值信号，并根据自身设定的目标pH值对添加剂控制器的投料口开度进行闭环控制。
本实用新型的有益效果是：该合金表面微弧氧化制备含羟基磷灰石涂层的装置采用搅拌器使电解液形成对流循环，大幅增加电解溶液中离子的传质效率，而循环冷却系统又确保了电解溶液的温度稳定在最优反应温度范围之内，从而有效地提高了微弧氧化膜的成膜效果。
附图说明
图1是本实用新型合金表面微弧氧化制备含羟基磷灰石涂层的装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明。
如图1所示，合金表面微弧氧化制备含羟基磷灰石涂层的装置包括电源1、电压电流表2、电源控制器3、阳极4、阴极5、搅拌器6、循环冷却系统7、电解槽8、pH值控制器9、pH值检测传感器10和添加剂控制器11。
电源控制器3与电源1连接并对电源1进行控制，电源1的输出电源可以在-300V ~720V 之间任意设定或调节，其电流输出范围为0.1A~30A，最大输出功率为20KW，电源1的输入端与交流380V电源连接。电解槽8采用非导体材料制作，循环冷却系统7和pH值检测传感器10分别设置在电解槽8两端的内侧，循环冷却系统7由空气压缩机、热交换管和耐酸碱水泵组成，其用于对电解槽内的电解液进行循环冷却。pH值检测传感器10用于检测电解槽8内部电解液的pH值。电解槽8内侧中部对称设有阳极4和阴极5，其二者分别通过电压电流表2和导线与电源1的输出端连接。电压电流表2的电压表输出显示值为电压峰值，其电流表输出显示值为平均电流。
搅拌器6设置于电解槽8的上方，其搅拌叶片位于电解槽8的阴极5与阳极4连线的中央，搅拌器6用于对电解槽8内部的电解液进行搅拌。添加剂控制器11位于电解槽8的上方，其用于承载调节电解液pH值的添加剂。pH值控制器9的输入端与pH值检测传感器10连接，其输出端与添加剂控制器11连接，pH值控制器9用于接收由pH值检测传感器10检测并传送来的电解液pH值信号，并根据自身设定的目标pH值对添加剂控制器11的投料口开度进行闭环控制。
电源1为高压脉冲电源，其分别向阳极4和阴极5提供不对称的脉冲高电压，并能在额定范围内分别对脉冲电压的幅度、脉冲宽度和脉冲频率进行独立调节。循环冷却系统7设置于电解槽8的阳极4所在的一端。添加剂控制器11设置于电解槽8的阴极5所在的一端。
应用本实用新型的微弧氧化装置时，先将钛合金基体块固定在阳极4，并将一块相同大小的不锈钢块固定在阴极5，为pH值控制器9设定目标pH值为12.5。之后，向添加剂控制器11的料斗内加入足量的氧化钙颗粒并电解槽8内注入调配好的含羟基磷灰石的电解溶液。启动搅拌器6开始搅拌的同时开启循环冷却系统7，并通过它们的搅拌作用促进电解液的对流作用并将电解液的温度控制在50℃以下。
Claims (2)
1.合金表面微弧氧化制备含羟基磷灰石涂层的装置，其特征在于：该装置包括电源（1）、电压电流表（2）、电源控制器（3）、阳极（4）、阴极（5）、搅拌器（6）、循环冷却系统（7）、电解槽（8）、pH值控制器（9）、pH值检测传感器（10）和添加剂控制器（11）；
所述的电源控制器（3）与电源（1）连接并对电源（1）进行控制，电源（1）的输入端与交流380V电源连接；循环冷却系统（7）和pH值检测传感器（10）分别设置在电解槽（8）两端的内侧，循环冷却系统（7）用于对电解槽内的电解液进行循环冷却；pH值检测传感器（10）用于检测电解槽（8）内部电解液的pH值；电解槽（8）内侧中部对称设有阳极（4）和阴极（5），其二者分别通过电压电流表（2）和导线与电源（1）的输出端连接；
所述的搅拌器（6）设置于电解槽（8）的上方，其搅拌叶片位于电解槽（8）的阴极（5）与阳极（4）连线的中央，搅拌器（6）用于对电解槽（8）内部的电解液进行搅拌；添加剂控制器（11）位于电解槽（8）的上方，其用于承载调节电解液pH值的添加剂；pH值控制器（9）的输入端与pH值检测传感器（10）连接，其输出端与添加剂控制器（11）连接，pH值控制器（9）用于接收由pH值检测传感器（10）检测并传送来的电解液pH值信号，并根据自身设定的目标pH值对添加剂控制器（11）的投料口开度进行闭环控制。
2.如权利要求1所述的合金表面微弧氧化制备含羟基磷灰石涂层的装置，其特征在于，所述的循环冷却系统（7）设置于电解槽（8）的阳极（4）所在的一端；添加剂控制器（11）设置于电解槽（8）的阴极（5）所在的一端。
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|---|---|---|---|---|
| CN111910237A (zh) * | 2020-06-17 | 2020-11-10 | 吴征威 | 一种等离子体仿生材料微弧氧化方法及装置 |
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