用於實現陽極處理的裝置和陽極處理的製作方法

2024-02-24 09:03:15

本發明涉及用於進行陽極氧化處理，優選進行微弧陽極氧化處理的裝置，它還涉及相關的方法。

背景技術：

通過微弧陽極氧化來處理基於鎂、鋁、或鈦的合金是眾所周知的。該技術用於製造具有非常低的孔隙率的層，層的硬度遠遠大於可通過常規的陽極處理獲得的非結晶氧化物的硬度，其中常規的陽極處理例如為硫陽極氧化(SAO)、鉻陽極氧化(CAO)或磷陽極氧化(PAO)。特別是，在微弧陽極氧化處理中，零件表面上的氧化層由於產生微放電而形成，微放電導致微弧的形成，微弧可非常局部地升高零件表面的溫度，以結晶出在陽極氧化步驟過程中形成的非晶質的氧化物。在微弧陽極氧化處理中，零件可浸入一含水電解質，它們暴露於由一特定的電子發生器，如果必要的話，由一形狀與零件匹配的對電極而產生的電能的振蕩脈衝下。顯微光-發射放電於是可在該零件的表面見到，這些放電是由於氫氧化物層中的電介質分解造成的，它們可被視作微等離子體。

該處理方式的主要參數(電信號的頻率、電流密度、零件浸浴的時間、溫度……)可根據被處理零件的材料、形狀和陽極氧化層所要求的特性來調整和控制。

然而，在一個大的容器(具有0.5立方米(m3)容積的容器)中通過現有的微弧陽極氧化技術來製造一塗層具有一些限制。

首先，該技術可包括使用一輸送高值雙極電流的發電機，賦予零件較大的表面面積進行處理，這可導致較高水平的電消耗。而且，通過微弧陽極氧化較大面積的零件來獲得一塗層是困難的，因為陽極氧化需要較高的電流。

而且，由於微弧陽極氧化處理消耗大量的能，因此現有技術的浴處理中的電解液的溫度難以控制。然而，有必要控制浴液的溫度，以確保塗層正確製造。調節浴液溫度的需求可導致使用一相對複雜的裝置，從而大大增加實施該處理的成本。

現有技術微弧陽極氧化方法的另一缺點是，在陽極氧化處理進行時可靠測量電解液的特定參數是困難的。然而，此類參數的可靠測量是需要的，例如為了能夠根據由上述測量所確定的信息來修改所進行的陽極氧化處理。

最後，為了在零件上一指定區域實施微弧陽極氧化，可使用例如清漆這樣的有機型的保護層，或例如由傳統陽極氧化導致的無機型的保護層，以阻止微弧陽極氧化層形成在零件的全部表面上。保護層專門用來將下面的零件的表面與電解液電絕緣，從而阻止表面被陽極氧化。然而，將保護層設置就位相對來說是較昂貴的，可使製造的組織大大地複雜化。而且，塗覆步驟難以執行，並可使該處理過程的成本大大增加。

因此，存在提供一種裝置的需求，該裝置可使陽極氧化處理，特別是微弧陽極氧化處理以簡單和廉價的方式實現。

還存在提供裝置的需要，所述裝置能夠在陽極氧化處理的過程中，特別是在微弧陽極氧化處理的過程中有效控制電解液的溫度。

還存在提供新穎裝置的需要，所述裝置適於執行除陽極氧化以外的處理過程，並尤其使得可在陽極氧化處理過程中可靠監視所使用電解液的參數。

技術實現要素：

為此，在第一方面，本發明提供一種用於在零件上執行陽極氧化處理的裝置，該裝置包括：

處理室，所述處理室包括將被處理的零件，以及一對-電極，該對-電極與待處理的零件相對，該待處理的零件構成處理室的第一壁；

發電機，該發電機的第一接線端電連接至該待處理的零件，該發電機的第二接線端電連接至所述對-電極；以及

一系統，該系統用於儲存和循環電解液，該系統包括：

存儲容器，該存儲容器與所述處理室不同，用於盛裝電解液；以及

迴路，所述迴路用於循環電解液，以使電解液可在所述存儲容器與所述處理室之間流動。

本發明依靠使用處理室的原理，該處理室「遠離」電解液存儲容器，待處理的零件形成該處理室的一個壁。與現有技術中已知的陽極氧化裝置不同，該待處理的零件並不沉浸在電解液中，而是僅該待處理零件的表面在陽極氧化處理過程中與電解液接觸。自然，該待處理零件的表面是導電的，該零件由例如鋁、鎂和/或鈦這樣的金屬構成。

本發明有利地使陽極氧化處理可「集中」在該處理室的一有限的容積中，使得可使用一處理室，該處理室的容積大大小於待處理零件被浸漬的現有技術陽極氧化方法中所使用的容器的容積。因而，在本發明中，使用一處理室，該處理室的容積與待處理表面的尺寸相匹配，這具有一些優點。

特別是，本發明使得可相對於現有技術方法實現能耗方面的節省，因為，在使用本發明裝置時，由發電機所傳遞的能量與待處理的表面區域的尺寸成比例。另外，在航空領域經常遇到的大尺寸零件，例如鋁製零件，可有利地被陽極氧化，而無須使用一該零件可完全浸入其中的容器，該容器在已知的現有技術方法中是需要的，因而使得可實現在陽極氧化處理過程中所使用的電解液的量方面的節省。

因此，由於使用容積和形狀與待處理的表面相匹配的處理室，就可使用與待處理的表面區域的尺寸相匹配的電流和電解液的量。另外，該處理室的使用有利地使安裝保護層或罩的昂貴步驟多餘。

由此，本發明提供了一種裝置，其能夠使陽極氧化處理，優選為微弧氧化處理以簡單和經濟的方式進行。

本發明的裝置優選用於執行微弧氧化處理。

本發明的裝置還使得可通過使電解液能夠在處理室中有效更新以及在良好的混合條件下保持處理室來對在處理區域中所產生的熱的效果進行更好的控制。此更新通過用於存儲和循環電解液的系統而變得可行，該系統使電解液能夠從存儲容器流至處理室，並能夠使電解液從處理室流回存儲容器。該系統幫助更好地控制陽極氧化處理，並使塗層更易於製造，以便它們符合所要求的規定。

有利地，該用於存儲和循環電解液的系統還可包括用於通過所述系統驅動電解液循環的泵。

在一實施例中，該裝置使得用於循環電解液的迴路包括：

第一通道，該第一通道用於使來自存儲容器的電解液能夠流至處理室；以及

第二通道，該第二通道用於使電解液能夠從所述處理室流至所述存儲容器。

有利地，該處理室的容積可小於該存儲容器的容積。該存儲容器的容積和該處理室的容積分別對應於所述存儲容器和所述處理室的內側容積(即不包括壁的體積)。尤其是，處理室的容積與存儲容器的容積之比小於或等於1，優選小於或等於0.2。

在一實施例中，該裝置可包括至少一個密封襯墊，該密封襯墊構成處理室的第二壁，該第二壁與第一壁不同。特別是，該裝置有利地包括兩個密封襯墊，該兩個密封襯墊相互面對，構成該處理室的兩個不同的壁。

在一實施例中，所述處理室可限定一單獨的隔間。

本發明還提供一種陽極氧化零件的方法，該方法包括以下步驟：

通過使用上面限定的裝置進行陽極氧化處理來在零件的表面上形成一塗層，在陽極氧化處理的過程中在處理室中具有電解液，該電解液在陽極氧化處理過程中流入電解液循環迴路。

本發明的陽極氧化處理具有上述優點。

優選地，該陽極氧化處理是微弧氧化處理。

在一實施例中，電解液可在電解液循環迴路中以每分鐘0.1倍至10倍處理室容積範圍內的流速流動。

有利地，處理室中的電解液在陽極氧化處理過程中持續更新。

在一實施例中，在陽極氧化處理過程中：

來自存儲容器的電解液可通過所述第一通道流至所述處理室；以及

電解液可通過所述第二通道從所述處理室流至所述存儲容器。

在一實施例中，該方法還可包括在電解液流入存儲容器之前過濾在所述第二通道中流動的電解液的步驟。

在一實施例中，該方法還可包括以下步驟：

確定至少涉及在所述第一通道中和/或在所述第二通道中流動的電解液的信息；和

修改該陽極氧化處理的至少一個特徵，該修改根據關於該電解液所確定的信息來進行。

附圖說明

通過以下參照附圖的作為非限定性例子的本發明具體實施例的描述，本發明的其他特徵和優點將呈現，其中：

圖1顯示本發明的裝置的一實施例；和

圖2和3顯示本發明的裝置的其他實施例。

具體實施方式

圖1顯示本發明的裝置1的一實施例。該裝置1包括待處理的零件3和發電機5。該待處理的零件3將進行陽極氧化處理，優選進行微弧氧化。發電機5用於執行該陽極氧化。如圖所示，發電機5的第一接線端電連接至零件3，發電機5的第二接線端電連接至面對該零件3的一對-電極7。發電機5優選使用交流電(AC)。

對-電極7優選由不鏽鋼製成。更通常地，可使用任何導電材料來製造對-電極7，如果其適於執行陽極氧化處理。

裝置1具有一處理室10，陽極氧化處理在該處理室中進行，待處理的零件3構成處理室10的第一壁，對-電極7構成該處理室的與第一壁相對的壁。在處理室10中零件3與對-電極7之間存在電解液11。該電解液11的化學成分使零件3可受到陽極氧化處理。如圖所示，該對-電極7並不浸沒在電解液11中。該對-電極7形成處理室10的一個壁。

這樣，如圖所示，待處理的零件3並不浸沒於處理室10中的電解液11中。該零件3構成處理室10的一個壁，使得僅零件3的待處理的表面S與電解液11相接觸。在所示的例中，零件3沿其全部長度，即沿其最長尺寸被處理。自然，這不會超過本發明中該待處理零件僅其長度的部分的範圍。因而，在本發明的範圍中，可對零件的僅一個表面進行陽極氧化處理，或對其全部表面進行處理。

另外，該處理室10包括兩個密封襯墊13a和13b，密封襯墊13a和13b相互面對，並形成處理室10的兩個不同的壁。如圖所示，密封襯墊13a和13b分別位於處理室10的頂端和底端。襯墊13a和13b可由柔性材料製成。

這樣，在顯示裝置1的該實施例中，用於陽極氧化的電解液11通過使用柔性襯墊13a和13b的靜態密封而被容納於零件3與對-電極7之間。因而，該處理室10構成用來塗覆零件3的表面S的電解液11的罐。如上所述，處理室10的容積和尺寸適於零件3的待處理的表面S的尺寸和形狀。在所顯示的例中，該處理室10限定一單獨的隔間。

另外，裝置1包括一系統20，用於存儲和循環電解液11。該系統20包括一存儲容器21，電解液11儲存在該存儲容器21中，儲存在該存儲容器中的電解液11的溫度保持在由一冷卻系統(未顯示)所確定的值。存儲容器10中的電解液11的PH值也保持在一固定值。在陽極氧化處理過程中，來自存儲容器21的電解液11沿著第一通道23流至處理室10。系統20還具有第二通道25，該第二通道25使電解液11可從處理室10流至存儲容器21。該第二通道25使處理室10中的電解液11可流出並返回至其可被冷卻的存儲容器21。電解液11通過系統20由泵27循環。在例中，泵27可以是由供應商TKEN售賣的名稱為YB1-25的泵。

圖1包括顯示電解液11流向的箭頭。由泵27確定的電解液11的流速使得處理室10中的電解液11適當地更新，以通過陽極氧化製成所希望的塗層。對於泵27來說，使電解液11以等於每分鐘大約一個處理室10的容積的流速是有利的。更通常來說，泵27可有利地使電解液11以每分鐘0.1倍-10倍的處理室的容積的範圍內的流速流動。

優選地，電解液11從存儲容器21流至處理室10和從處理室10流至存儲容器21在陽極氧化處理的過程中不被中斷。換句話說，優選在陽極氧化處理的全部過程中持續地更新處理室10中的電解液11。

第一通道23可在其全部或部分長度具有直徑d1，該直徑d1小於或等於10釐米，例如在1釐米-3釐米的範圍內。第二通道25可在其全部或部分長度具有直徑d2，該直徑d2小於10釐米，例如在1釐米-3釐米的範圍內。處理室10的容積可小於或等於0.5m3，例如在10立方分米(dm3)-40立方分米的範圍內。存儲容器21的容積可大於或等於0.5m3，例如在0.5m3-2m3的範圍內。

形成襯墊13a和13b、第一通道23和第二通道25的材料選擇為確保在對-電極7與零件3之間無電流通過。

圖1中所顯示的裝置1用於以零件為基礎在零件上進行陽極氧化處理。如圖所示，圖1中所示的由裝置1執行的方法優選不包括塗覆零件3的表面S的部分或將至少一個保護層在待處理的零件3的表面S上放置就位的步驟。

在陽極氧化處理之後所形成的塗層的最終厚度垂直於在下面的零件的表面測量在2微米(μm)-200微米的範圍內。

下面是可實現的操作條件的例子，以使用上述的裝置1來執行微弧氧化處理：

所施加的電流：40安每平方分米(A/dm2)至400A/dm2；

電壓：180伏(V)至600V；

脈衝頻率：10赫茲(Hz)至500Hz；

處理時間：10分鐘(min)至90min；

存儲容器中電解液的溫度：17℃至30℃。

存儲容器中電解液的PH值：6至12；以及

存儲容器中電解液的電導率：200毫西門子每米(mS/m)至500mS/m。

特別是，對於執行微弧氧化處理，可使用具有如下成分的電解液：

軟化水；

氫氧化鉀(KOH)，其濃度在5克每升(g/L)至50g/L的範圍內；

矽酸鈉(Na2SiO3)，其濃度在5g/L至50g/L的範圍內；以及

磷酸鉀(K3PO4)，其濃度在5g/L至50g/L的範圍內。

然而，本發明並不限於執行微弧氧化方法。本發明的裝置可用於執行任何類型的陽極氧化，例如硫陽極氧化(SAO)、鉻陽極氧化(CAO)、sulfotartric陽極氧化(STAO)，或磺基磷陽極氧化(SPAO)。

在例中，被處理的零件可以是葉片，例如由鈦製成，或泵體。還可使用本發明的裝置來維修一損壞的氧化層，該裝置使得可利用通過僅在損壞區域進行氧化而形成的一塗層而執行局部維修。

在未顯示的一變例中，可使用本發明的多個裝置處理多個不同零件，所述多個裝置可選擇連接到相同的發電機。所述零件可選擇性地同時進行處理。

存儲容器21致力於儲存和更新電解液，其中不進行陽極氧化處理。通過將存儲容器21與處理室10分離，可構建本發明的裝置，以執行除陽極氧化之外的處理，這將在下文中詳述。就發明人所知，這些除陽極氧化之外的處理在本領域的已知方法中未被執行或未以滿意的方式執行。

圖2顯示本發明的裝置1的一種變形。在該例中，裝置1還具有過濾裝置52，該過濾裝置位於處理室10與存儲容器21之間。在第二通道25中的電解液流經過濾裝置52並在過濾後經通道25a返回至存儲容器21。在例中，使用該過濾器裝置52有利地使得可消除未粘附到所形成的陽極層上的顆粒，從而在將電解液返回至處理室10之前對其進行淨化。

圖3顯示本發明的裝置1的一種變形。該裝置1包括傳感器60，用於確定關於在第一通道23中流動的電解液11的信息。根據其確定的該信息，此傳感器60使得可在發電機5上動作，以修改所進行的陽極氧化處理的至少一個特徵。在一變例中，該傳感器可確定關於在第二通道中流動的電解液的信息，或實際上其可確定關於在第一通道中和第二通道中流動的電解液的信息，以根據此信息修改正在執行的陽極氧化處理。通過在處理室10的上遊和/或下遊進行測量，本發明的裝置1的該實施例有利地使得可獲得比可從反應室所觀察到的信息更可靠的信息，從而使得可根據已確定的信息，以滿意的方式控制處理室中所執行的陽極氧化。典型地，由該傳感器所確定的關於電解液的信息可涉及一個或多個以下參數：在電解液中例如鋁這樣的金屬物質的濃度、PH值，以及電解液的電導率。該電解液可隨著陽極氧化過程的進行而逐漸充滿金屬物質，此參數，類似PH值或電解液的電導率，使得可對所執行的陽極氧化處理具有影響。直接對正進行的陽極氧化進行控制對於將在航空領域使用的零件上進行陽極氧化處理和/或進行相對較長的陽極氧化處理是尤其有利的。

術語「包括/包含/包括一」應理解為「包括/包含/包括至少一個」。

術語「在……至……的範圍內」應理解為包括限值。