专利名称：管件表面陶瓷化处理工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于管件表面陶瓷化处理工艺技术领域。
背景技术：
微等离子体氧化技术是近十几年以来在阳极氧化的基础上发展起来的表面处理新技术，又称为电解等离子体处理(Electrolytic PlasmaProcessing)或者阳极火花沉积(Anodic Spark Deposition)，是在高电压、大电流下将Ti，Al，Mg，Nb，Zr，Ta等阀金属及其合金置于处理液中，样品表面在脉冲电场作用下产生微弧放电，最终生成与基体呈冶金结合的陶瓷层，这层陶瓷层具有优良的耐高温、耐磨损、耐腐蚀以及绝缘性能。中国发明专利CN 1369577A、CN 1388272A和CN1432669A等分别公开了利用微等离子体氧化技术对铝、镁等金属材料进行陶瓷化的方法。
然而，除了Ti，Al，Mg，Nb，Zr，Ta等阀金属及其合金以外，工程上应用量很大的其它金属材料以及非金属材料还不能直接应用微等离子体氧化技术制备陶瓷层。而在使用中出自于耐腐蚀、耐磨以及绝缘性能的需要，这些不能直接应用微等离子体氧化技术制得陶瓷层的金属材料以及非金属材料也渴望穿上一层陶瓷“外衣”，来提高综合使用性能。近些年来，等离子喷涂陶瓷、激光熔覆陶瓷和气相沉积陶瓷技术已经在某些领域应用，但是使用这些技术获得的陶瓷涂层有的不易进行后加工，有的处理工艺对基体的热影响很大，有的因成本过高而难以大范围推广；而且对于管件内表面的陶瓷化而言，这些陶瓷化方法均存在工艺上的困难。
发明内容
针对上述问题，本发明的主要目的在于提供一种可在非阀金属材料管件及非金属管件内外表面产生耐高温、耐磨损、耐腐蚀、使用寿命长的陶瓷层的管件表面陶瓷化处理工艺；本发明的次要目的在于提供一种可在非阀金属及其合金管件和非金属管件内表面产生耐高温、耐磨损、耐腐蚀、使用寿命长的陶瓷层的管件表面陶瓷化处理工艺。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案为一种管件表面陶瓷化处理工艺，所述管件为非阀金属材料管件或非金属管件，该工艺包括以下步骤(一)采用复合成膜方法在管件内外表面制备厚度为50-150μm的阀金属层；(二)将电极棒固定于该内外表面制备有阀金属层的管件内腔，将该电极棒连接脉冲直流电源的负极，该管件连接该电源的正极，并将该管件浸入处理槽中的碱性处理液中，保持恒定电流密度值，处理适当时间。
进一步，在所述步骤(二)中，碱性处理液通过处理液引出管和处理液引入管在循环冷却系统和处理槽之间循环。
进一步，所述碱性处理液为硅酸盐碱性处理液，按重量与总体积比由硅酸钠8g/L，氢氧化钠4g/L，六偏磷酸钠5g/L组成。
一种管件表面陶瓷化处理工艺，所述管件为非阀金属材料管件或非金属管件，该工艺包括以下步骤(一)采用复合成膜方法在管件内表面制备厚度为50-150μm的阀金属层；(二)在该内表面制备有阀金属层的管件上下两端分别设置上孔口密封胶垫和下孔口密封胶垫，将电极棒设置于该管件内腔，使该电极棒两端分别固定在该上孔口密封胶垫和下孔口密封胶垫上；在该管件内腔的上下孔口密封胶垫之间充有碱性处理液，将电极棒连接脉冲直流电源的负极，管件内壁的阀金属层连接脉冲直流电源的正极，保持恒定电流密度值，处理适当时间。
进一步，所述上、下孔口密封胶垫上分别设有孔，在所述步骤(二)中，上、下孔口密封胶垫上的孔分别连接有处理液引入管和处理液引出管，碱性处理液通过该处理液引入管和处理液引出管连接循环冷却系统，在所述管件内腔和循环冷却系统之间循环。
进一步，所述碱性处理液为硅酸盐碱性处理液，按重量与总体积比由硅酸钠8g/L，氢氧化钠4g/L，六偏磷酸钠5g/L组成。
采用上述工艺后，本发明具有以下优点(1)首先，对不能直接采用微等离子体氧化技术的金属材料或者非金属材料管件，可先采用复合成膜技术在管件表面得到阀金属层，再采用微等离子体氧化技术制备陶瓷层，成功的解决了非阀金属材料及非金属材料管件表面的陶瓷化难题。
(2)另外，对不能直接采用微等离子体氧化技术的金属材料或者非金属材料管件，可先采用复合成膜技术在管件内表面得到阀金属层，再采用微等离子体氧化技术在管件内壁制备陶瓷层，解决了管件内表面尤其是细长管件内表面的陶瓷化处理问题，该工艺只对管件内表面进行陶瓷化，管件外部保持原样，防止了处理液对非处理表面的影响。
(3)在采用微等离子体氧化技术在管件内壁制备陶瓷层的过程中，由于管件两端分别设置有上下孔口密封胶垫，可通过改变密封胶垫的位置任意选择制备陶瓷层的处理部位，使用方便。
(4)在本发明的处理工艺中，由于电极棒置入管件内孔，使电场在孔内均匀分布，去除了电场屏蔽的影响，并且，处理液在循环冷却系统和管件内壁或处理槽之间形成循环流动，确保了处理液温度和浓度趋于基本恒定，有利于在管件内、外表面生成均匀的耐高温、耐磨损、耐腐蚀、使用寿命长的陶瓷层，并且有利于处理液的统一回收，对环境起到了一定的保护作用。
(5)该工艺所需装置结构简单、成本低廉，安装和拆卸方便。
图1为本发明管件内表面陶瓷化装置结构示意图(内浸法)；图2为本发明管件内外表面陶瓷化装置结构示意图(全浸法)。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步说明实施例1首先对内径Φ50mm的45#钢管件2内外表面进行热浸镀铝，将45#钢管件2浸入铝液中，铝液温度控制在690～710℃之间，并对45#钢管件2进行旋转和上下移动，热浸镀铝时间为20分钟左右，在管材表面形成75μm的Fe-Al合金层以及80μm的纯铝层；然后，如图2所示，采用全浸法，将经热浸镀铝的45#钢管件2竖直固定后整体浸入处理槽中的处理液中，将电极棒1放置于管件2内腔中心，然后将电极棒1连接脉冲直流电源3的负极，管件2连接脉冲直流电源3的正极，通过脉冲直流电源3对管件2施加电压，逐步调节电压值，保持恒定电流密度0.02A/cm2，处理时间是30～50分钟，在电极棒1的作用下，45#钢管件2内外表面原位生长出陶瓷层，该恒定电流密度及处理时间根据所制备陶瓷层的实际需要可调。在处理过程中处理液通过处理液引出管6引入循环冷却系统5，通过循环冷却系统5中的热交换器、水泵对处理液进行循环冷却，保证处理液温度、浓度基本恒定，并通过处理液引入管7引入处理槽中，形成循环流动；该处理液可采用碱性处理液，在该实施例中选用硅酸盐体系处理液，按重量与总体积比，取硅酸钠8g/L，氢氧化钠4g/L，六偏磷酸钠5g/L配置成的碱性处理液，该电极棒1可采用不锈钢棒、钨棒或铂棒等惰性金属棒。
若只对45#钢管件2内表面制备陶瓷层，则只对管件2内表面进行热浸镀铝，采用与上述热浸镀铝相同步骤，在管材表面形成75μm的Fe-Al合金层以及80μm的纯铝层，然后如图1所示，采用内浸法，在管件2上下两端分别设置上孔口密封胶垫21和下孔口密封胶垫22，将电极棒1设置于管件2内腔，该电极棒两端分别固定在上孔口密封胶垫21和下孔口密封胶垫22的中心部位；在上、下孔口密封胶垫21、22上打孔，分别接入处理液引入管7和引出管6，处理液通过引入管7从管件内孔上孔口进入管件内部，从下孔口的处理液引出管6流出，并通过处理液循环冷却系统形成循环流动；然后将电极棒1连接脉冲直流电源3的负极，管件2连接脉冲直流电源3的正极，通过脉冲直流电源3对管件2施加电压，逐步调节电压值，保持恒定电流密度0.02A/cm2，处理时间是30～50分钟，在电极棒1的作用下，45#钢管件2内表面原位生长出陶瓷层，该恒定电流密度及处理时间根据所制备陶瓷层的实际需要可调。
实施例2首先对内径Φ50mm的聚氯乙烯管件2内外表面使用PVD的方法预先沉积厚约50μm的镁层，然后，如图2所示，采用全浸法，将制备有镁阀金属层的聚氯乙烯管件2竖直固定后整体浸入处理槽中的处理液中，将电极棒1放置于管件2内腔中心，然后将电极棒1连接脉冲直流电源3的负极，制备有镁阀金属层的聚氯乙烯管件2连接脉冲直流电源3的正极，通过脉冲直流电源3对管件2施加电压，逐步调节电压值，保持恒定电流密度0.02A/cm2，处理时间是30～50分钟，在电极棒1的作用下，聚氯乙烯管件2内外表面原位生长出陶瓷层，该恒定电流密度及处理时间根据所制备陶瓷层的实际需要可调。该处理液为按重量与总体积比，硅酸钠8g/L，氢氧化钠4g/L，六偏磷酸钠5g/L配置成的碱性硅酸盐体系处理液，该电极棒可采用不锈钢棒、钨棒或铂棒等惰性金属棒。
若只对聚氯乙烯管件2内表面制备陶瓷层，则只对管件2内表面沉积镁层，采用上述PVD法，在管件2内表面沉积厚约50μm的镁层，然后如图1所示，采用实施例1所述的内浸法，将电极棒1连接脉冲直流电源3的负极，制备有镁阀金属层的聚氯乙烯管件2内壁连接电源3的正极，通过脉冲直流电源3对管件2施加电压在聚氯乙烯管件2内表面制备陶瓷层。
实施例3首先对内径Φ20mm的铜管件2内外表面进行热浸镀铝，在铜管件表面形成150μm的纯铝层；然后，如图2所示，采用全浸法，将经热浸镀铝的铜管件2竖直固定后整体浸入处理槽中的处理液中，将电极棒1放置于管件2内腔中心，然后将电极棒1连接脉冲直流电源3的负极，管件2连接脉冲直流电源3的正极，通过脉冲直流电源3对管件2施加电压，逐步调节电压值，保持恒定电流密度0.02A/cm2，处理时间是30～50分钟，在电极棒1的作用下，铜管件2内外表面原位生长出陶瓷层，该恒定电流密度及处理时间根据所制备陶瓷层的实际需要可调。在处理过程中处理液通过处理液引出管6引入循环冷却系统5，通过循环冷却系统5中的热交换器、水泵对处理液进行循环冷却，保证处理液温度、浓度基本恒定，并通过处理液引入管7引入处理槽中，形成循环流动；该处理液采用硅酸盐体系处理液，按重量与总体积比，取硅酸钠8g/L，氢氧化钠4g/L，六偏磷酸钠5g/L配置成的碱性处理液，该电极棒1可采用不锈钢棒、钨棒或铂棒等惰性金属棒。
若只对铜管件2内表面制备陶瓷层，则只对管件2内表面进行热浸镀铝，在管件表面形成150μm的纯铝层，然后如图1所示，采用内浸法，在管件2上下两端分别设置上孔口密封胶垫21和下孔口密封胶垫22，将电极棒1设置于管件2内腔，该电极棒两端分别固定在上孔口密封胶垫21和下孔口密封胶垫22的中心部位；在上、下孔口密封胶垫21、22上打孔，分别接入处理液引入管7和引出管6，处理液通过引入管7从管件内孔上孔口进入管件内部，从下孔口的处理液引出管6流出，并通过处理液循环冷却系统形成循环流动；然后将电极棒1连接脉冲直流电源3的负极，管件2连接脉冲直流电源3的正极，通过脉冲直流电源3对管件2施加电压，逐步调节电压值，保持恒定电流密度0.02A/cm2，处理时间是30～50分钟，在电极棒1的作用下，铜管件2内表面原位生长出陶瓷层。
此外，采用全浸法也可只对上述管件2内壁进行陶瓷化处理，具体工艺步骤为先采用复合成膜方法如PVD方法或热浸电镀法等预先沉积有阀金属层的管件2外壁用绝缘材料包裹，然后按照上述全浸法工艺过程进行处理。
权利要求
1.一种管件表面陶瓷化处理工艺，其特征在于所述管件为非阀金属材料管件或非金属管件，该工艺包括以下步骤(一)采用复合成膜方法在管件内外表面制备厚度为50-150μm的阀金属层；(二)将电极棒固定于该内外表面制备有阀金属层的管件内腔，将该电极棒连接脉冲直流电源的负极，该管件连接该电源的正极，并将该管件浸入处理槽中的碱性处理液中，保持恒定电流密度值，处理适当时间。
2.如权利要求1所述的管件表面陶瓷化处理工艺，其特征在于在所述步骤(二)中，碱性处理液通过处理液引出管和处理液引入管在循环冷却系统和处理槽之间循环。
3.如权利要求1所述的管件表面陶瓷化处理工艺，其特征在于所述碱性处理液为硅酸盐碱性处理液，按重量与总体积比由硅酸钠8g/L，氢氧化钠4g/L，六偏磷酸钠5g/L组成。
4.一种管件表面陶瓷化处理工艺，其特征在于所述管件为非阀金属材料管件或非金属管件，该工艺包括以下步骤(一)采用复合成膜方法在管件内表面制备厚度为50-150μm的阀金属层；(二)在该内表面制备有阀金属层的管件上下两端分别设置上孔口密封胶垫和下孔口密封胶垫，将电极棒设置于该管件内腔，使该电极棒两端分别固定在该上孔口密封胶垫和下孔口密封胶垫上；在该管件内腔的上下孔口密封胶垫之间充有碱性处理液，将电极棒连接脉冲直流电源的负极，管件内壁的阀金属层连接脉冲直流电源的正极，保持恒定电流密度值，处理适当时间。
5.如权利要求4所述的管件表面陶瓷化处理工艺，其特征在于所述上、下孔口密封胶垫上分别设有孔，在所述步骤(二)中，上、下孔口密封胶垫上的孔分别连接有处理液引入管和处理液引出管，碱性处理液通过该处理液引入管和处理液引出管连接循环冷却系统，在所述管件内腔和循环冷却系统之间循环。
6.如权利要求4所述的管件表面陶瓷化处理工艺，其特征在于所述碱性处理液为硅酸盐碱性处理液，按重量与总体积比由硅酸钠8g/L，氢氧化钠4g/L，六偏磷酸钠5g/L组成。
全文摘要
本发明公开了一种管件表面陶瓷化处理工艺，该管件为非阀金属材料管件或非金属管件，该工艺包括以下步骤(一)采用复合成膜方法在管件内外表面制备厚度为50－150μm的阀金属层；(二)将电极棒固定于该内外表面制备有阀金属层的管件内腔，将该电极棒连接脉冲直流电源的负极，该管件连接该电源的正极，并将该管件浸入处理槽中的碱性处理液中，保持恒定电流密度值，处理适当时间。该工艺对不能直接采用微等离子体氧化技术的金属材料或者非金属材料管件，可先采用复合成膜技术在管件表面得到阀金属层，再采用微等离子体氧化技术制备陶瓷层，成功解决了非阀金属材料及非金属材料管件表面的陶瓷化难题，并且解决了管件内表面的陶瓷化处理问题。
文档编号C25D1/02GK1706990SQ20051007087
公开日2005年12月14日 申请日期2005年5月20日 优先权日2005年5月20日
发明者杨思泽, 顾伟超 申请人:中国科学院物理研究所