专利名称：一种电解液喷射放电生长陶瓷涂层的装置及方法
技术领域：
本发明涉及等离子体电解氧化工艺技术领域，尤其是一种电解液喷射放电生长陶瓷涂层的装置及方法。
背景技术：
等离子体电解氧化(Plasma Electrolytic Oxidation, PE0)又被称为“微弧氧化” 或“火花放电阳极沉积”等，它是将待处理金属或者合金置于电解液中，通过高电压、大电流的作用在电极表面原位生长陶瓷层的电化学表面处理技术。通过该技术可以在铝、镁及钛等合金表面获得具有高膜基结合强度、高硬度的陶瓷层，从而克服合金基体质软、耐蚀和耐磨性差等缺点。与其他表面处理技术相比，该技术具有成膜效率高、工艺过程简单、膜层性能可控及绿色环保等优点。目前，常规的处理方法是将待处理的试样与电源的正极相连并浸于电解液中，以石墨或不锈钢等惰性电极为对电极并与电源负极相连。虽然这种常规的处理方法操作简单，但仅适用于对一定面积的零部件进行整体处理。而当需要对工件局部进行PEO处理时， 必须对不需要处理的表面进行良好的密封设计，从而使工件局部隔绝电解液，避免因氧化成膜而使表面性质及状态发生改变；同样，当需要对大面积工件表面PEO处理时，必须设计足够大的对电极和足够大体积的电解槽，并且电源需要具有较高的输出频率，这样才能保证PEO技术处理的成膜速率和质量。上述这些问题的存在，大大增加了 PEO技术在实际工业化生产中使用的难度和限制了技术的推广，并将造成资源的不必要浪费和工作效率的下降。
发明内容
本发明是基于以上背景而开发，其目的是提供一种适合于工件局部修复或者大面积工件表面连续性处理的电解液喷射放电生长陶瓷涂层的装置及方法，以使得工件局部修复或者大面积工件表面连续性处理的工艺操作简单易行，成膜效率提高。为实现上述目的，本发明的一种电解液喷射放电生长陶瓷涂层的装置包括电解槽，用于存储PEO电解液；喷头，通过一循环泵泵入存储于所述电解槽中的电解液，并对待处理试样进行喷；工件载置台，位于所述喷头下方，用于载置待处理试样，所述工件载置台上开设有用于引流经过喷射后的电解液的通孔；电解液收集槽，用于收集由所述通孔流出的电解液，并通过出液管导流回所述电解槽。优选地，所述喷头包括用于手持的手柄和设置在手柄上的扁平状的头体，该头体具有一定体积的内腔，所述内腔通过一进液管与所述循环泵相连，在所述头体上开设有多个喷孔。
优选地，所述电解液收集槽为漏斗形。本发明还提供了一种电解液喷射放电生长陶瓷涂层的方法，包括1)电解槽利用循环泵向喷头泵入PEO电解液；2)喷头对准待处理工件进行喷射；3)喷射后的电解液经过电解液收集槽并将电解液流回电解槽。优选地，所述喷头包括用于手持的手柄和设置在手柄上的扁平状的头体，该头体具有一定体积的内腔，所述内腔通过一进液管与所述循环泵相连，在所述头体上开设有多个喷孔。优选地，所述电解液收集槽为漏斗形。本发明的有益效果是1)设计具有喷射效果的喷头(集液槽阴极)，使得工件局部修复或者大面积工件表面连续性处理工作简单易行；2)设计扁平状的集液槽阴极造型，能够增大对阴极面积，有效提高了成膜速度和
质量；3)设计阴极-电解液-阳极直接对接，优化电场分布，有效提高了成膜速度和质量。
图1本发明装置总体结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图，以具体实施方式
对本发明作进一步详细描述。如图1所示，本发明一种等离子体电解氧化陶瓷涂层的喷镀成膜装置中将阴极系统设计成可以手持的喷头(即电极系统)和存储电解液的电解槽11，电极系统主要包括带有通孔的头体1和手柄4。头体1为扁平状，采用不锈钢、钼合金等惰性电极材料制成，其功能是在PEO处理过程中作为阴极，维持PEO过程中连续的电流；头体1具有一定体积的内腔，这样具有储存电解液的功能，在头体1上开设有多个喷孔2，喷孔2位于头体1的底部表面50mmX (50 2000)mm区域内，直径为Φ2πιπι，相邻孔圆心间距3mm，使得电解液向待处理试样表面喷射。 头体1与阴极相连。头体1的内腔连接有塑料制成的进液管3，手柄4用常用塑料或胶木的绝缘材料制作。进液管3与电解槽11中的微型循环泵5相连。工作中循环泵5可以使电解槽11中的 PEO电解液循环流动，这样不但将PEO过程中产生的大量的热效应带走，同时也可以通过电解液的循环保证参与成膜反应的电解液组分恒定。在喷头下方，置一大型漏斗6 (即电解液收集槽)，在漏斗6上设置有用于载置待处理试样7的不锈钢平板8 (即载置台)，不锈钢平板8上开设有大量通孔9。漏斗6采用不锈钢、钼合金等惰性电极材料制成，其功能是在PEO处理过程中作为待处理试样7的承载体。将待处理试样7置于平板8上面，喷射过来的电解液通过平板8上的通孔9排出。漏斗下方设置有塑料制成的出液管12，出液管与电解槽11中PEO电解液连通。
考虑到在PEO过程中，存在高电压和大电流，因此，阴极系统的外部非工作面以及漏斗6的外部10均采用绝缘树脂、硅橡胶等材料进行密封，以避免电流的泄露及阴阳极之间短接，保证施工的安全性。
在实际工作中，阴极系统与待处理试样7的相对移动速度可以在0 50mm/min，具体情况可以根据PEO处理过程中涂层的生长速度做适当调整。在对工件局部修复或者大面积工件进行表面连续性处理时，具体实验操作流程如下
1)将待处理试样7需要处理的表面进行清洗和除油预处理；
2)将待处理试样7放置于大型漏斗6上面，需要处理的部位暴露在外面；
3)将电极系统的阴极，即喷头与PEO电源的负极连通，将待处理试样7连接电源的正极；
4)启动微型循环泵5使喷头的头体1内充满电解液，并且能够直接喷射到待处理试样7表面；
4)启动PEO电源，当对工件局部修复时，手持阴极绝缘手柄4，使喷头(即集液槽) 的电解液向待修复位置移动喷射，这样工作一段时间，移动阴极，使其对准下一个待修复位置喷射，如此往复，直至所有的破损位置均重新开始成膜；当对大面积工件表面连续性PEO 处理时，则固定阴极，工件以一定的速度在阴极集液槽正对位置勻速移动，工件被喷射到的位置不断成膜；
5)根据设定的镀膜厚度来确定工作时间，最后完成电解液喷射放电生长陶瓷层过程。
实施例1
如图1所示，阴极系统设计成可以手持的喷头，采用不锈钢材料制成，头体1的底部表面50mmX 2000mm区域内，设置有直径为Φ 2mm，相邻孔圆心间距3mm的喷孔2，手柄4 采用胶木材料制作。头体1的内腔连接有塑料制成的进液管3，进液管3与电解槽11中的微型循环泵5相连。在喷头下方，置一大型不锈钢材质漏斗6 (即电解液收集槽)，在漏斗6 上设置有用于载置待处理试样7的不锈钢平板8 (即载置台)，不锈钢平板8上开设有大量通孔9以排出电解液，漏斗下方设置有塑料制成的出液管12，出液管与电解槽11中PEO电解液连通。阴极系统的外部非工作面以及漏斗6的外部10均采用绝缘树脂、硅橡胶等材料进行密封。
在对宽2m，长IOm的铝皮卷筒待处理试样7的表面进行PEO处理前，首先将其进行清洗和除油等前处理，之后放置于不锈钢平板8(即载置台)上，连接电源正极，同时使阴极喷头连接电源负极，之后启动微型循环泵5，使喷头的头体1内充满电解液，并且能够直接喷射到待处理试样7的待处理表面，固定阴极喷头，采用机械制动方法使待处理铝皮卷筒在阴极喷头下方位置以5mm/min的速度在长度方向不断展开。200min后，切断PEO电源，关闭微型循环泵。以清水清洗已处理的已展开的Im长铝皮表面，并以吹风机吹干，发现表面形成均勻的PEO涂层，膜层厚度为5 10 μ m，膜层外观均勻，无边缘效应造成的破坏和不均勻烧蚀现象。
实施例2
对镁合金工件表面的5处IOOmmX IOOmm面积大的缺陷进行局部修复时，在阴极喷头头体1的底部表面50mmX IOOmm区域内设置喷孔2，PEO处理前首先对待修复位置进行清洗和除油预处理，之后将工件整体置于不锈钢平板8(即载置台)上，并使第一个待修复位置暴露在喷头下方。采用与上述实施例1相似的装置和操作方法，固定工件，手持阴极喷头使其在待处理的平面区域以5mm/min的速度移动，20min后完成第一个破损位置的修复。移动第二个待修复位置使其暴露在喷头下方，操作流程和第一个位置处理过程类似，20min后完成第二个破损位置的修复。类似的依次对后面三个待修复位置进行PEO处理，分别处理 20min后，所有的破损区域均生成了均勻的白色陶瓷涂层，涂层厚度为5 10 μ m。
权利要求
1.一种电解液喷射放电生长陶瓷涂层的装置，其特征在于，包括电解槽，用于存储 PEO电解液；喷头，通过一循环泵泵入存储于所述电解槽中的电解液，并对待处理试样进行喷；工件载置台，位于所述喷头下方，用于载置待处理试样，所述工件载置台上开设有用于引流经过喷射后的电解液的通孔；电解液收集槽，用于收集由所述通孔流出的电解液，并通过出液管导流回所述电解槽。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述喷头包括用于手持的手柄和设置在手柄上的扁平状的头体，该头体具有一定体积的内腔，所述内腔通过一进液管与所述循环泵相连，在所述头体上开设有多个喷孔。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述头体的开设喷孔的端面的面积为 50mm X 50 2000mm。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述头体与所述待处理试样的相对移动速度可以在0 50mm/min。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电解液收集槽为漏斗形。
6.一种电解液喷射放电生长陶瓷涂层的方法，包括1)电解槽利用循环泵向喷头泵入PEO电解液；2)喷头对准待处理工件进行喷射；3)喷射后的电解液经过电解液收集槽并将电解液流回电解槽。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述喷头包括用于手持的手柄和设置在手柄上的扁平状的头体，该头体具有一定体积的内腔，所述内腔通过一进液管与所述循环泵相连，在所述头体上开设有多个喷孔。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述电解液收集槽为漏斗形。
9.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述喷头与所述待处理试样的相对移动速度可以在0 50mm/min。
全文摘要
本发明公开了一种电解液喷射放电生长陶瓷涂层的装置，包括电解槽，用于存储PEO电解液；喷头，通过一循环泵泵入存储于所述电解槽中的电解液，并对待处理试样进行喷；工件载置台，位于所述喷头下方，用于载置待处理试样，所述工件载置台上开设有用于引流经过喷射后的电解液的通孔；电解液收集槽，用于收集由所述通孔流出的电解液，并通过出液管导流回所述电解槽。本发明还公开了一种电解液喷射放电生长陶瓷涂层的方法。本发明提出一种适合于工件局部修复或者大面积工件表面连续性处理的PEO成膜新方法；同时设计了一种具有喷镀模式的PEO处理装置，从而使工件局部修复或者大面积工件表面连续性处理的工艺操作简单易行，成膜效率提高。
文档编号C25D11/02GK102492975SQ201110452850
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月30日 优先权日2011年12月30日
发明者刘晓静, 夏原, 李光 申请人:中国科学院力学研究所