CN204039531U

CN204039531U - 一种用于导电表面上的电泳沉积装置

Info

Publication number: CN204039531U
Application number: CN201420490235.9U
Authority: CN
Inventors: 卢伟贤; 游文仁; 郑颖怡
Original assignee: Hong Kong Productivity Council
Current assignee: Hong Kong Productivity Council
Priority date: 2014-08-28
Filing date: 2014-08-28
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2024-08-28

Abstract

本实用新型提供一种用于导电表面上的电泳沉积装置，包括槽体和电极装置，所述槽体中承载有涂料，所述电极装置的阳极和阴极相互平行地设置于涂料中，且所述阳极为多个。每个所述阳极与阴极之间的间距为5mm～10mm，还进一步包括涂料温度调节装置和搅拌循环系统。本实用新型提供的用于导电表面上的电泳沉积装置适用于水性溶胶-凝胶的电泳沉积，同时也适用于纳米粒子悬浮液的电泳沉积，其整体设备的制备成本低，通过阳极和阴极的距离很近，并通过通电直至完成涂层所需的厚度。利用该装置进行电泳沉积可保持涂层厚度的均匀性但同时保持高沉积速度。

Description

一种用于导电表面上的电泳沉积装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于导电表面上的电泳沉积装置。

背景技术

金属和合金的腐蚀、磨损、耐候性和污染（如指纹和污垢）是表面处理行业中最常见的问题。具有复合纳米结构的溶胶/凝胶衍生品是其中一种可用于保养金属和合金表面涂层的替代材料。现时，这些溶胶/凝胶材料不能被广泛应用，主要原因是它们有很大的局限性，一般只能通过油漆、浸涂、旋涂、喷涂等使用，而且这些方法通常需要具有高挥发性的有机溶剂以作稀释。一般装置不能避免高挥发性有害气体漂散于空气中, 严重影响工作环境安全及操作人员健康., 而密风式装置成本高昂及难于操作,影响生产效率, 对于具有复杂形状的对象和卷曲的表面，现有浸涂,旋涂, 喷涂设备很难均匀地控制复合纳米结构涂层的厚度和成分。再加上典型用作涂层的溶胶/凝胶化学物，其在水中、开放的环境及一般温度下就只具有大约一个小时的保质期。这些问题都使溶胶/凝胶电泳沉积法难以应用于大规模的生产中。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用于导电表面上的电泳沉积装置，该装置成本低，制程设计简单，且阳极和阴极的距离很相近,能够保持涂层厚度的均匀性。

本实用新型提供一种用于导电表面上的电泳沉积装置，包括槽体和电极装置，所述槽体中承载有涂料，所述电极装置的阳极和阴极相互平行地叉设于涂料中，且所述阳极为多个。

每个所述阳极与阴极之间的间距为5mm～10mm。

还包括与槽体内部涂料相连通的涂料温度调节装置。

还包括搅拌循环系统，所述搅拌循环系统包括搅拌器和循环泵，所述搅拌器设置于槽体的底部，所述循环泵设置于槽体的外部，并连通槽体内部的涂料。

还包括搅拌循环系统，所述搅拌循环系统包括搅拌器和循环泵，所述搅拌器从上至下穿设于槽体中，所述循环泵设置于槽体的外部，并连通槽体内部的涂料。

所述电极装置、搅拌循环系统及涂料温度调节装置均分别具有电源供给装置。

所述槽体的底面上方设置有相对倾斜的倾斜板，且所述搅拌器设置槽体中倾斜板相对低端的一侧。

所述倾斜板相对于槽体的底面的倾斜角度为15^o～45^o。

还包括垂直隔离板，所述隔离板将槽体中搅拌器与槽体的其余部分隔开,且隔离板的双侧侧面与对应的槽体侧壁之间具有间距。

本实用新型具有的优点在于：

1、本实用新型提供一种用于导电表面上的电泳沉积装置，以此电泳沉积装置可以在平面及具有复杂形状的对象和卷曲的导电表面上均匀地沉积涂层，并以低温制成有机-陶瓷复合涂层。制备的复合涂层具有纳米结构，可用作底涂层增加附着力或面涂层保护金属和合金表面。电泳沉积可以在导电金属表面沉积一层均匀平滑的漆膜,没有浸漆或喷漆的缺点。而电泳沉积的投射力优良，甚至在凹陷处或中空工件内也能覆盖，利用电压的改变, 可准确地调节漆膜的厚度, 控制生产生本。另外, 电泳漆也可以加入不同颜料和其他添加剂来造成各种颜色及效果, 美化工件。电泳漆膜的硬度、附着力、耐腐、冲击性能、渗透性能明显优胜于其它涂装工艺, 增加导电金属工件的使用寿命。

2、电泳沉积涂层作为近年来发展起来的新技术,其制作工艺方法基本上如电镀相似,不过电泳沉积能模仿不同效果,不会有污水排出, 也可简化或取消一般电镀工序的流程, 而本实用新型提供的用于导电表面上的水性溶胶-凝胶的电泳沉积装置还具有以下的优点:

（1）制程设计简单；

（2）低设备成本；

（3）利用该装置可以沉积一层丰满、均匀、平整、透明度高、光滑、可加入颜料造成油漆的效果的涂层；

（4）可以披覆于各种表面形状复杂或卷曲之导电材料表面上；

（5）阳极和阴极的距离很近,保持涂层厚度的均匀性；

（6）披覆速度高于其他的镀膜方式,通电直至沉积完成涂层所需的厚度。

3、本实用新型提供的装置最大的特性是可以通过控制阳极和阴极之间的距离及使用多个辅助阳极设计, 而阳极和阴极的距离可以调校以致涂层可以均匀地覆盖在导电材料表面上。此外多重阳极设计,可以使不同形状和卷曲的表面上都可以被涂层完全覆盖。而另外一个特点是只要阳极的工件形状与阴极导电材料的工件形状相同就可以很容易地把涂层很均匀地覆盖在不同形状和卷曲的工件上, 所以任何形状的工件也可应用这个新型电泳沉积装置把不同的水性溶胶-凝胶或其他水性涂料披覆于表面上。

4、电泳沉积过程中，通常都是利用直流（DC）为电源供给装置, 使用了较大的电压(20-100V)和较少的电流(少于0.5A), 已经可以把涂层很均匀地覆盖在不同形状和卷曲的工件上,已达至所需的厚度。不过利用直流（DC）供应到水性溶胶-凝胶或其他水性涂料也是有限制的, 就是涂料的离子沉积在阴极表面附近溶液中逐渐被消耗,造成了该处沉积的离子与溶液中该离子的浓度出现差别令孔隙不断增加。本实用新型提供的装置除了可使用直流供电之外, 也可使用脉冲直流来供应电源, 在这种情况下, 由于有关断时间的存在，被消耗的离子利用这段时间扩散、补充到阴极附近，当下一个导通时间到来时，阴极附近的离子浓度得以保持,因此可以使用较高的电流密度。因此，使电流可以高于平均电流，促使晶种形成的速度远远高于晶体长大的速度，使镀层结晶有更好的分布和细化，排列紧密，电阻率低，有更大的电镀能力可以提高密度和硬度，而孔隙亦会相对减小。

附图说明

图1是一种用于导电表面上的水性溶胶凝胶材料的电泳沉积装置的结构示意图。

图2 是一种用于各种表面形状复杂或卷曲的导电表面上的水性溶胶凝胶材料的电泳沉积装置的结构示意图。

图3 是一种用于各种表面形状复杂或卷曲的导电表面上的纳米粒子悬浮液材料的电泳沉积装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。

本实用新型提供一种用于导电表面上的水性溶胶凝胶材料的电泳沉积装置，如图1和图2所示，包括槽体1、电极装置2、搅拌循环系统3和涂料温度调节装置4。

所述槽体1作为用来盛载涂料8的器皿,涂料将电极装置的阳极和阴极的工件完全覆盖,然后再开启设备进行电泳沉积。

所述电极装置2的电极中的阳极为不锈钢片7，阴极为具有导电表面的工件6，二者连接电源供给装置，且二者相互平行设置，并竖直设置于槽体1中，阴极6和阳极7之间的距离调节为5～10mm，使涂料可以披覆于各种表面形状复杂或卷曲的导电材料的表面上, 可以使用多个辅助阳极7配合一个阴极6的设计, 每次可以使用不少于一个阳极而最多可以使用4个阳极的数目会根据工件的大小和复杂程度而增加, 各阳极7围设于所述阴极4的周围，而每一个阳极7和阴极6的距离都是在5～10mm之间, 如图2所示，以致涂层可以均匀地覆盖在不同形状和卷曲的导电材料表面上。

所述搅拌循环系统置3可以循环使用复合纳米结构的溶胶-凝胶涂料,减少浪费涂料及减低成本，搅拌循环系统3主要包括搅拌器和循环泵，所述搅拌循环系统3连通槽体1内的涂料，使涂料能够循环往复并保持。

所述涂料温度调节装置4可以调节温度，以控制涂料的流动性和循环。

电极装置2、搅拌循环系统3以及涂料温度调节装置4均分别具有电源供给装置，以为各个装置供电，各电源供给装置可以使用直流（脉冲直流）, 通过调校不同的电压来控制涂层覆盖的速度和厚度, 从而控制生产成本。循环泵主要用于保持涂料的循环，并保持涂料的均匀。

本实用新型还提供一种用于导电表面上的纳米粒子悬浮液的电泳沉积装置，如图3所示，所述纳米粒子悬浮液例如纳米氧化铝和二氧化锆, 也可应用在本实用新型的电泳沉积装置. 由于纳米粒子很容易聚合在槽体的底部,所以上述电泳沉积装置的设计与适用于水性溶胶凝胶材料的电泳沉积装置不同。针对纳米粒子悬浮液的电泳沉积装置还设计以下三种结构, 确保纳米粒子能够很均匀地覆盖在不同工件表面上。

1、倾斜的槽体1的设计

为了帮助纳米粒子向下流通, 减少纳米粒子聚合的机会。为了构造倾斜的槽体结构，可以于槽体1的底面上方设置一个倾斜板10，而倾斜板10相对于槽体底面的倾斜角度一般可以为15^o～45^o之间，进而可以使槽体1的底面形成倾斜状态，有利于纳米粒子的流通。

2、穿插于槽体的搅拌器的设计

与适用于水性溶胶凝胶材料的电泳沉积装置不同，将原有的底部搅拌器5改成从上至下穿插于槽体1的涂料2（纳米粒子悬浮液）中，可以保持纳米粒子悬浮液的循环和均匀，以避免纳米粒子聚合而改变悬浮液的浓度和涂层的厚度。所述搅拌器5设置槽体1中倾斜板10相对低端一侧。

3、垂直隔离板的设计

利用一个从槽体1中从上至下垂直设置的隔离板9将槽体中搅拌器5与槽体的其余部分隔开,而隔离板9的双侧侧面与对应的槽体侧壁之间不完全密封，间距一小段距离,大约3-5cm，进而形成狭缝,让纳米粒子悬浮液在搅拌区域（隔离板分隔后包括搅拌器的区域）中实现混合,避免搅拌器5产生的流动影响电泳沉积的过程。

采用本实用新型提供的用于导电表面上的电泳沉积装置，整个电泳电沉积过程可以简单概括为以下四个步骤：

（1）电解（分解）过程

在阴极反应最初为电解反应，在水的作用下生成带正电荷的正离子和带负电荷的阳离子，方程式为： H₂O→OH^-+H⁺。

（2）电泳动（泳动、迁移）过程

正离子和阳离子在电场作用下产生泳动,正离子向阴极移动,而阳离子向阳极移动。

（3）电沉积（析出）过程

在被涂工件表面，阳离子与阴极表面产生碱性作用，此反应造成阴极面形成高碱性边界层中和而析出沉积物，成为不溶于水的物质,于是涂膜沉积在被涂工件上。

（4）电渗（脱水）过程

涂料固体与工件表面上的涂膜为半透明性的，具有很多细孔，水从阴极涂膜中排渗出来，在电场作用下，引起涂膜脱水，而涂膜则吸附于工件表面，而完成整个电泳过程。

利用本实用新型提供的用于导电表面上的电泳沉积装置，以水性电泳沉积法于导电的表面上制备的复合涂层，具有以下几方面的特点：

1、该复合涂层适用于以水性电泳沉积法制备；

2、该复合涂层适于导电体表面上制作；

3、该复合涂层可以均匀地覆盖在复杂形状的对象和卷曲的导电材料表面上；

4、该复合涂层为在低温如150℃-250℃环境下下制成的陶瓷复合涂层；

5、该复合涂层具有纳米结构可用作底涂层以增加附着力或面涂层以保护金属或合金表面；

6、该复合涂层的成分在开放的环境及一般温度下可以具有不少于九个月的保质期。

本实用新型中以水性电泳沉积法于导电的表面上制备的复合涂层，该复合涂层的各层成分中主要组成部分包括陶瓷材料部分、有机材料部分、添加剂部分、稳定剂部分以及稀释剂部分。

本实用新型中以水性电泳沉积法于导电的表面上制备的复合涂层，该复合涂层中各层主要成分的比例配置如表1所示：

表1：复合涂层的主要成分

成份	比例 (ml/100ml)
		1. 陶瓷材料	60-80
2. 有机材料	5-25
		3. 添加剂	5-10
4. 稳定剂	5-10
		5. 稀释剂	稀释至 100ml

将以上各成份混合，持续于室温下搅拌 1-2小时。

其中表1中五种主要成分的配制方法下：

1、陶瓷材料的配置成分及比例如表2所示。

表2 ：陶瓷材料的配置成分及比例

成份	比例 (ml/100ml)
		陶瓷材料前体 (例如: TEOS, MTES, MTOS, APTES)	60-80
酸 (0.01N)	0.1-0.5
		纯水	1-5
稀释剂	稀释至 100ml

将以上成份混合，持续于室温下搅拌 2- 12小时。

2. 有机材料选择有机树脂或 (例如: 丙烯酸系树脂, 环氧系树脂)。

3. 添加剂可以选择一种或多种混合使用，如2wt%-20wt%碘溶液于稀释剂、20wt%-80wt% Polyethylenimine 溶液于水、适用于有机树脂的固化剂如: Potassium persulfate、Dicumyl peroxide 、N-aminoethylpiperazine 、Diproprenediamine、Diaminodiphenylsulfone 、AIBN、Benzoyl peroxide或PEG。

4. 稳定剂可以为冰草酸、Glutaric acid、Malonic acid、 EDTA或Acetyl acetate, Glacial acetic acid。

5. 稀释剂可以为有机溶剂如Ethanol、Isopropyl alcohol、Methanol或2-Ethoxyethanol。

本实用新型中以水性电泳沉积法于导电的表面上制备的复合涂层，其采用水性电泳沉积法制备时，包括以下几个步骤：

步骤一：按照上面提供的复合涂层的各个组分制备配方溶液；

步骤二：具有导电的表面的工件作为阴极经一般清洁后连接至直流电电源的负极，不锈钢片作为阳极，直接接至直流电电源的正极。如具有导电的表面的工件具有多个需要覆盖的平面，则使用对应阴极平面数量的不锈钢片作对应的阳极。

步骤二：将阴极和阳极稳定置放于玻璃或塑料的容器中。阴极和阳极的距离应保持在5-10 mm之间。

步骤三：将准备好的配方溶液注入容器中，注入深度需要覆盖工件所需制备的涂层表面为止。

步骤四：将电源的电压调至 2V并以恒电压模式通电，将电压逐步调升至工作电压。工作电压为在阴极表面上没有可见的气泡的情况下的最高电压。

步骤五：通电直至涂层达至所需厚度后断电并缓慢抽出工件。

步骤六：置放于室温下一小时后于150℃-250℃ 的环境下加热至涂层完全固化。

以上所述实施例仅是为充分说明本实用新型而所举的较佳的实施例，本实用新型的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本实用新型基础上所作的等同替代或变换，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。

Claims

1.一种用于导电表面上的电泳沉积装置，其特征在于，包括槽体和电极装置，所述槽体中承载有涂料，所述电极装置的阳极和阴极相互平行地叉设于涂料中，且所述阳极为多个。

2.根据权利要求1所述的用于导电表面上的电泳沉积装置，其特征在于，每个所述阳极与阴极之间的间距为5mm～10mm。

3.根据权利要求2所述的用于导电表面上的电泳沉积装置，其特征在于，还包括与槽体内部涂料相连通的涂料温度调节装置。

4.根据权利要求3所述的用于导电表面上的电泳沉积装置，其特征在于，还包括搅拌循环系统，所述搅拌循环系统包括搅拌器和循环泵，所述搅拌器设置于槽体的底部，所述循环泵设置于槽体的外部，并连通槽体内部的涂料。

5.根据权利要求4所述的用于导电表面上的电泳沉积装置，其特征在于，还包括搅拌循环系统，所述搅拌循环系统包括搅拌器和循环泵，所述搅拌器从上至下穿设于槽体中，所述循环泵设置于槽体的外部，并连通槽体内部的涂料。

6.根据权利要求4或5所述的用于导电表面上的电泳沉积装置，其特征在于，所述电极装置、搅拌循环系统及涂料温度调节装置均分别具有电源供给装置。

7.根据权利要求6所述的用于导电表面上的电泳沉积装置，其特征在于，所述槽体的底面上方设置有相对倾斜的倾斜板，且所述搅拌器设置槽体中倾斜板相对低端的一侧。

8.根据权利要求7所述的用于导电表面上的电泳沉积装置，其特征在于，所述倾斜板相对于槽体的底面的倾斜角度为15^o～45^o。

9.根据权利要求8所述的用于导电表面上的电泳沉积装置，其特征在于，还包括垂直隔离板，所述隔离板将槽体中搅拌器与槽体的其余部分隔开,且隔离板的双侧侧面与对应的槽体侧壁之间具有间距。