微弧氧化處理裝置及方法
2023-05-01 23:03:41 2
微弧氧化處理裝置及方法
【專利摘要】本發明提供了一種微弧氧化處理裝置及方法，屬於材料表面處理【技術領域】。微弧氧化處理裝置包括：電源、噴頭、循環泵、第一輸送管、第二輸送管以及儲液槽，所述第一輸送管的一端與所述噴頭連接，所述第一輸送管的另一端與所述循環泵連接，所述循環泵與所述儲液槽通過所述第二輸送管連接，所述循環泵與所述電源電連接，所述噴頭與所述電源的陰極電連接。利用本發明能夠對工件進行現場的修復，可以對工件的磨損、劃痕、裂縫等進行局部修理。通過本發明提供的微弧氧化處理方法能有效地縮短作業時間，提高生產效率。
【專利說明】微弧氧化處理裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及材料表面處理【技術領域】，具體而言，涉及一種微弧氧化處理裝置及方法。
【背景技術】
[0002]微弧氧化技術是一種在鋁、鎂、鈦等輕金屬合金表面原位生長陶瓷層的高新技術。通過將金屬或合金置於電解液中，施加電場使金屬表面產生大量放電現象，在熱化學、等離子體化學和電化學的共同作用下生成緻密的陶瓷氧化膜。
[0003]微弧氧化膜層與金屬基體之間的結合非常牢固，微弧氧化膜層的結構緻密，具有良好的硬度、耐磨、耐腐蝕、耐高溫衝擊和電絕緣等特性。對於在特種環境下工作的機械設備而言，微弧氧化技術解決了很多機械領域的難題。
[0004]當前，微弧氧化技術被廣泛用於對大型設備進行修理或維護，例如對船舶、飛機機身、石油設備的裂紋和破損部位進行修復，對斷裂的工件進行聯接。由於現有的微弧氧化設備需使用氧化槽、冷卻塔等輔助設備，微弧氧化裝置整體不方便移動，所以各種設備、工件進行修復時，需要將設備返回原廠，將整個帶修復工件放入氧化槽中進行修復處理，待修復設備運輸困難，維護成本高。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於提供一種微弧氧化處理裝置及方法，以實現對設備進行現場的修復處理，降低維護成本。
[0006]本發明是這樣實現的:
[0007]—種微弧氧化處理裝置，包括:電源、噴頭、循環泵、第一輸送管、第二輸送管以及儲液槽，所述第一輸送管的一端與所述噴頭連接，所述第一輸送管的另一端與所述循環泵連接，所述循環泵與所述儲液槽通過所述第二輸送管連接，所述循環泵與所述電源電連接，所述噴頭與所述電源的陰極電連接。
[0008]進一步地，所述噴頭的形狀為長方體形，所述噴頭設置有進液接口、出液口以及接線柱，所述噴頭通過所述接線柱與所述電源的陰極電連接，所述噴頭的內部還設置有空腔，所述進液接口、所述出液口分別與所述空腔連通，所述進液接口通過所述第一輸送管與所述循環泵連接。利用噴頭來噴出電解液從而對於設備進行微弧氧化處理，噴頭的設計簡單、使用方便，有利於快速、簡便地對設備進行修復作業。噴頭通過接線柱與電源的陰極連接，這樣就方便於對電源使用的電纜進行更換。
[0009]進一步地，所述噴頭還包括鋼片，所述鋼片設置有至少一個通孔，所述鋼片與所述噴頭設置有所述出液口的一面通過螺釘可拆卸連接，且所述出液口與所述通孔相對。鋼片可拆卸，這就方便了對損壞的鋼片進行更換，提高噴頭的使用壽命，減少更換整個設備的使用成本。此外，鋼片設置有通孔，針對不同的設備設計具有不同尺寸的通孔的鋼片。鋼片的不同尺寸可以起到調節電解液的流量的作用，從而改變微弧氧化的處理效果。
[0010]進一步地，所述噴頭設置有所述出液口的一面設置有兩個絕緣塊，所述出液口位於兩塊所述絕緣塊之間。絕緣塊的設計使用本發明提供的微弧氧化設備更加的安全、可靠。由於在進行微弧氧化操作時需要帶電操作，絕緣塊的設計能夠有效地避免噴頭與設備直接直接接觸造成短路的問題，從而保護操作人員和微弧氧化設備。
[0011]進一步地，所述噴頭相對於所述設置有所述出液口的一面設置有絕緣杆，所述絕緣杆與所述噴頭通過螺紋連接。操作人員可以利用絕緣杆進行操作，由於人體遠離噴頭，這樣可以有效地保護操作人員的安全，防止電解液意外濺到人體的情況的發生。
[0012]進一步地，所述絕緣杆的表面設置有防滑紋。由於操作人員在使用本發明提供的微弧氧化裝置進行作業時，需要捏握絕緣杆進行操作，所以設置防滑紋可以避免長時間使用時手掌出汗不容易拿穩絕緣杆的問題的發生。
[0013]進一步地，所述微弧氧化處理裝置還包括回收電解液的回收槽。為了避免電解液的浪費，設計回收槽來回收電解液從而節約成本。此外，回收槽可以避免電解液對作業現場其他設備的影響。
[0014]使用本發明提供的微弧氧化處理裝置進行微弧氧化的方法，包括以下步驟:
[0015](I)對工件的待作業表面進行預處理；
[0016](2)配製電解液，將電解液放入所述儲液槽；
[0017](3)將待作業表面經過預處理後的工件與所述電源的陽極電連接，設置於所述噴頭的所述接線柱與所述電源的陰極電連接；
[0018](4)通過電源設定電參數；
[0019](5)將所述噴頭靠近工件的經過預處理後的待作業表面，接通電源，對工件的經過預處理後的待作業表面進行微弧氧化處理。
[0020]進一步地，所述電解液包括以下四種電解液中的一種:30g/L的六偏磷酸鈉水溶液、10g/L的鎢酸鈉水溶液、6g/L的氫氧化鈉水溶液、3g/L的磷酸水溶液。
[0021]進一步地，所述電參數為:電壓範圍為550V至650V，頻率為500HZ，佔空比為3%
至5%。
[0022]與現有技術相比，本發明的有益效果:
[0023]本發明提供的微弧氧化處理裝置及其微弧氧化方法，利用噴頭噴射電解液到待修復工件的表面進行微弧氧化處理。由於不需要採用冷卻設備和電解槽等設備，微弧氧化處理裝置的結構簡單、便於移動，可以對工件進行現場的、局部的修復。此外，現有技術中，將工件送回原廠修理的需要大筆運輸和維修開銷，利用本發明提供的微弧氧化處理裝置，可以方便地對工件進行維護，節約了維修和運輸成本，也提高了工件的工作時間。
[0024]本發明提供的微弧氧化方法簡單、便於操作，減少了工作時間，從而提高了生產效率；另外，微弧氧化膜層的質量好，提高了對工件、設備的修復效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1示出了本發明實施例提供的微弧氧化處理裝置的結構示意圖；
[0026]圖2示出了本發明實施例提供的微弧氧化處理裝置中的噴頭的結構示意圖；
[0027]圖3示出了本發明實施例提供的微弧氧化處理方法的流程圖。
[0028]附圖標記說明
[0029]101—噴頭；102—電源；103—循環泵；104—儲液槽；
[0030]105—工件；106—回收槽；201—進液接口 ；202—接線柱；
[0031]203—絕緣塊；204—絕緣杆；205—鋼片；206—通孔。
【具體實施方式】
[0032]下面通過具體的實施例子並結合附圖對本發明做進一步的詳細描述。
[0033]參閱圖1-圖2，本發明實施例提供的一種微弧氧化處理裝置，包括:電源102、噴頭101、循環泵103、第一輸送管、第二輸送管以及儲液槽104，第一輸送管的一端與噴頭101連接，第一輸送管的另一端與循環泵103連接，循環泵103與儲液槽104通過第二輸送管連接，循環泵103與電源102電連接，噴頭101與電源102的陰極電連接。
[0034]電源可以對電壓、頻率以及佔空比進行調節，其中電壓範圍為OV至700V(包括700V)，頻率為30HZ至1500HZ (包括30HZ和1500HZ)，佔空比為3%至90% (包括3%和90% )。
[0035]本發明提供的微弧氧化處理裝置，結構簡單、移動方便，可以對設備進行現場的處理。相比於現有的微弧氧化處理裝置更加方便於使用。
[0036]使用本發明提供的微弧氧化處理裝置時，電解液自噴頭101噴出到待進行修復處理的設備，並且在電場的作用下對設備的作業位置進行微弧氧化處理。由於不需要將待修復的設備整體放置於電解槽中進行作業，本發明提供的微弧氧化處理裝置，可以針對設備的損壞或者破損部位進行處理，實現對設備的本地、現場修復。通過對設備的局部區域進行現場的維護，省去了將設備返回原廠進行的諸多麻煩和運輸成本，對於一些精密儀器可以實現不移動的作業，從而避免對設備進行移動造成其精準度下降和不可修復的問題的發生。
[0037]噴頭101的形狀為長方體形，噴頭101設置有進液接口 201、出液口以及接線柱202，噴頭101通過接線柱202與電源102的陰極電連接，噴頭101的內部還設置有空腔，進液接口 201、出液口分別與空腔連通，進液接口 201通過第一輸送管與循環泵103連接。
[0038]噴頭101內部設置有空腔,這就可以使得電解液在從噴頭101噴出前能夠進行一定的預混合，避免電解液經過長距離的輸送造成濃度的不均勻進而影響最後的微弧氧化處理效果。
[0039]進液接口 201的設置使得微弧氧化處理裝置與第一輸送管的連接更方便，更換第一輸送管也更容易。當噴頭101經過長期的使用後，空腔中容易產生汙垢造成對電解液的汙染或者堵塞出液口，這就容易造成噴頭101的損壞而無法正常工作。此時，可以將第一輸送管從進液接口 201拆卸下來，通過進液接口 201和出液口對空腔進行清洗。
[0040]為了提高微弧氧化處理裝置的應用範圍，使得微弧氧化處理裝置可以針對不同的設備需求進行修復處理，噴頭101還設置有鋼片205，鋼片205設置有通孔206，鋼片205與噴頭101設置有出液口的一面通過螺釘可拆卸連接，且出液口與通孔206相對。本實施例中設置有多個通孔206，也可以設置至少一個通孔206。由於不同的設備對電解液的需求不同，需要不同尺寸和/或數量的通孔206對電解液的噴出進行控制。設置鋼片205，且鋼片205與噴頭101可拆卸連接，電解液通過鋼片205上布置的通孔206噴出，鋼片205可以有多種型號，不同型號的鋼片205具有不同尺寸的通孔206，通過更換鋼片205可以起到調節電解液的噴出量和噴出速度的作用。
[0041]第一輸送管和第二輸送管的外壁均設置有螺旋保護套，以防止第一輸送管和第二輸送管在使用過程中彎折，進而造成電解液無法輸送的問題的發生。另外，螺旋保護套對第一輸送管和第二輸送管起到了保護作用。在使用本發明提供的微弧氧化處理裝置時，第一輸送管和第二輸送管經常會處於移動狀態，這就容易造成對其的磨損和破壞。螺旋保護套的設置則有效地保護第一輸送管和第二輸送管，防止第一輸送管和第二輸送管破損後電解液洩漏的危險。
[0042]使用本發明提供的微弧氧化處理裝置進行作業時，噴頭101與待修復的設備、工件105接近，在意外狀況下容易發生噴頭101與設備、工件105接觸造成微弧氧化處理裝置的電路系統短路的問題。因此，噴頭101設置有兩塊絕緣塊203，絕緣塊203設置於噴頭101設置有出液口的一面，且出液口位於兩塊絕緣塊203之間。絕緣塊203將噴頭101與設備之間隔開一定空隙，從而防止噴頭101與設備、工件105接觸。
[0043]利用本實施例提供的微弧氧化處理裝置對工件105進行修復時，為了保持噴頭101的穩定，可以設置一個支撐架，利用支撐架將噴頭101固定。將噴頭101放置於靠近待修復的工件105的表面，電解液從噴頭101噴出，並且在電場的作用下，在待修復的工件105的表面氧化生成微弧氧化膜層。
[0044]也可以設計一個懸掛臂，利用懸掛臂將噴頭101固定，使噴頭101靠近待修復的工件105的表面，進而對工件105進行修復處理。
[0045]作為另外一種實施方式，本實施例中，噴頭101相對於設置有出液口的一面設置有絕緣杆204，絕緣杆204與噴頭101通過螺紋連接。在進行微弧氧化作業時，握住絕緣杆204使噴頭101靠近設備，來對設備進行修復。由於絕緣杆204將人體與噴頭101隔開一定的距離，這就避免了電解液噴出時濺到人體的危險，同時也能夠防止誤觸噴頭而觸電的危險。
[0046]當需要長時間進行微弧氧化處理時，握捏絕緣杆204太久，手掌容易出汗進而不能穩定地握住絕緣杆204。由於握拿絕緣杆204不穩而造成噴頭101的隨意晃動會對設備的修復效果造成巨大的影響。為了避免這種問題的發生，絕緣杆204的表面設置有防滑紋。防滑紋增大了手掌與絕緣杆204之間的摩擦，使得操作時能夠更加穩定地握拿絕緣杆204。
[0047]微弧氧化裝置還可以設置有回收槽106，利用回收槽106可以回收電解液。本發明提供的微弧氧化處理裝置，是通過噴頭101將電解液直接噴到待修復工件105的表面，然後通過電場的作用來進行微弧氧化處理。電解液噴出到待修復工件105的表面後，多餘的或者發生微弧氧化後的電解液容易四處濺落，這一方面造成了電解液的浪費，另一方面，電解液的堆積容易造成對其他物品的汙染和損壞。回收槽106可以很好地解決上述問題，電解液不會聚集四處流動，而且回收的電解液經過處理可以再次循環利用。
[0048]參閱圖3，本發明實施例還提供了一種利用本發明提供的微弧氧化處理裝置進行微弧氧化處理的方法，包括以下步驟:
[0049]第一步，對工件待作業表面進行預處理。
[0050]對工件的預處理是很有必要的，將工件的表面進行預處理可以提高微弧氧化處理的效果。預處理過程可以包括:清除掉工件表面的物質，比如對鏽質進行清理，防止雜質與電解液中物質發生化學反應影響微弧氧化處理的修復效果。首先利用砂紙對工件的表面進行打磨，去除工件表面的沉積物例如粉塵堆積物、水中的礦物質形成的水垢；然後利用拋光劑例如金剛砂、金屬拋光粉末對工件表面進行拋光處理；利用酒精對工件進行清洗，最後用去離子水來衝洗工件表面並且對工件進行乾燥以備下面的操作使用。
[0051]第二步，針對需要進行微弧氧化處理的工件的特性確定電解液配方，並且按照電解液配方配製電解液，然後將電解液放入儲液槽。
[0052]電解液成分是得到合格膜層的關鍵因素。微弧氧化處理過程中電解液一般選用含有一定金屬或非金屬氧化物的鹼性鹽溶液，如矽酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽。本發明提供的微弧氧化方法中使用的電解液可以選用30g/L的六偏磷酸鈉水溶液,或者10g/L的鎢酸鈉水溶液，或者6g/L的氫氧化鈉水溶液或者3g/L的磷酸水溶液。
[0053]第三步，將工件與電源的陽極電連接，設置於噴頭的接線柱與電源的陰極電連接。為了使微弧氧化作業的效果更好，將工件的待修復部位與電源的陽極電連接。
[0054]第四步，針對工件和方法要求確定電參數，然後通過電源設定電參數。
[0055]電源的電參數是微弧氧化處理的效果的一個重要影響因素。本發明提供的微弧氧化方法中的電參數可以為:電壓在OV至600V(包括600V)之間調整，頻率在400HZ至600HZ(包括400HZ和600HZ)之間調整；佔空比在5%至30% (包括5%和30%)之間調整。針對本發明提供的微弧氧化處理裝置確定上述的電參數，通過實驗得到上述微弧氧化處理效果的理想的電參數。
[0056]較優的，電參數可以為:電壓為550V至600V，佔空比3%至5%，頻率為500HZ。發明人經過不斷研究發現，採用上述電參數進行微弧氧化處理的效果更好。
[0057]第五，將噴頭靠近待進行微弧氧化處理的工件並且接通電源，進行微弧氧化處理。接通電源後，循環泵進行工作從而將電解液從儲液槽泵出到噴頭並且噴出到工件表面，噴頭與工件之間形成電場，電解液在電場的作用下發生化學反應。可選的，噴頭與工件的距離50mm至100mm。微弧氧化處理時間為15分鐘。最後對微弧氧化膜的厚度進行測量,結果為8 μ m-10 μ m。
[0058]在對工件進行微弧氧化處理時，可以通過觀察作業在工件表面產生的弧光的大小和顏色控制處理的過程。
[0059]現有技術中，經過一段時間的使用後，微弧氧化過程中使用的電解液中會出現一些雜質，電解液會由澄清狀態變得渾濁，甚至出現大量的沉澱物。電解液的變質將導致微弧氧化膜層的表面產生裂紋、突起以及膜厚的不均勻，這使得微弧氧化膜層容易在電場作用下被擊穿而難以繼續進行微弧氧化處理。這就造成了電解液的浪費，使得工件造成二次損害的問題。
[0060]此外，在相同的電參數條件下，電解液的濃度的提升，對微弧氧化處理過程中的成膜速度有一定的促進效果，但是電解液卻容易產生絮狀沉澱物；如果降低電解液的濃度，則會在一定程度減慢微弧氧化成膜的速度，這就會增加用電的成本和人工成本。
[0061 ] 本發明提供的微弧氧化方法採用噴頭將電解液噴射到工件表面進行作業。由於無需將工件浸置於電解槽中的電解液，在工件表面的電解液始終是原始配製的成分和濃度，這就不會造成由於電解液儲存於電解槽內，在微弧氧化處理的過程中，電解液反覆使用造成其效果的下降的問題。另外，現有的微弧氧化方法，工件置於電解槽中，在微弧氧化處理的過程中，電解液的溫度會不斷聚積，電解液的溫度的上升對微弧氧化處理產生了極大地影響。本發明不使用電解槽而是利用噴頭將電解液噴射到待修復工件的表面，這就不會產生電解液由於溫升造成對微弧氧化處理的效果的影響，這就增大了本發明提供的微弧氧化處理裝置的使用範圍，降低了操作的難度。
[0062]以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種微弧氧化處理裝置，其特徵在於，包括:電源、噴頭、循環泵、第一輸送管、第二輸送管以及儲液槽，所述第一輸送管的一端與所述噴頭連接，所述第一輸送管的另一端與所述循環泵連接，所述循環泵與所述儲液槽通過所述第二輸送管連接，所述循環泵與所述電源電連接，所述噴頭與所述電源的陰極電連接。
2.根據權利要求1所述的微弧氧化處理裝置，其特徵在於，所述噴頭的形狀為長方體形，所述噴頭設置有進液接口、出液口以及接線柱，所述噴頭通過所述接線柱與所述電源的陰極電連接，所述噴頭的內部還設置有空腔，所述進液接口、所述出液口分別與所述空腔連通，所述進液接口通過所述第一輸送管與所述循環泵連接。
3.根據權利要求2所述的微弧氧化處理裝置，其特徵在於，所述噴頭還包括鋼片，所述鋼片設置有至少一個通孔，所述鋼片與所述噴頭設置有所述出液口的一面通過螺釘可拆卸連接，且所述出液口與所述通孔相對。
4.根據權利要求3所述的微弧氧化處理裝置，其特徵在於，所述噴頭設置有所述出液口的一面設置有兩個絕緣塊，所述出液口位於兩塊所述絕緣塊之間。
5.根據權利要求4所述的微弧氧化處理裝置，其特徵在於，所述噴頭相對於所述設置有所述出液口的一面設置有絕緣杆，所述絕緣杆與所述噴頭通過螺紋連接。
6.根據權利要求5所述的微弧氧化處理裝置，其特徵在於，所述絕緣杆的表面設置有防滑紋。
7.根據權利要求1至6之一所述的微弧氧化處理裝置，其特徵在於，所述微弧氧化處理裝置還包括回收電解液的回收槽。
8.使用權利要求1所述的微弧氧化處理裝置進行微弧氧化的方法，其特徵在於，包括以下步驟: (1)對工件的待作業表面進行預處理； (2)配製電解液，將電解液放入所述儲液槽； (3)將待作業表面經過預處理後的工件與所述電源的陽極電連接，設置於所述噴頭的所述接線柱與所述電源的陰極電連接； (4)通過電源設定電參數； (5)將所述噴頭靠近工件的經過預處理後的待作業表面，接通電源，對工件的經過預處理後的待作業表面進行微弧氧化處理。
9.根據權利要求8所述的微弧氧化處理方法，其特徵在於，所述電解液包括以下四種電解液中的一種:30g/L的六偏磷酸鈉水溶液、10g/L的鎢酸鈉水溶液、6g/L的氫氧化鈉水溶液、3g/L的磷酸水溶液。
10.根據權利要求9所述的微弧氧化處理方法，其特徵在於，所述電參數為:電壓範圍為550V至650V，頻率為500HZ,佔空比為3%至5%。
【文檔編號】C25D17/00GK104264200SQ201410592103
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月29日 優先權日:2014年10月29日
【發明者】邱驥, 馬世寧, 趙樹輝, 王紅美, 帥剛, 李佔明, 宋巍, 史玉鵬 申請人:中國人民解放軍裝甲兵工程學院, 西安金唐材料應用科技有限公司