用于实现阳极处理的装置和阳极处理的制作方法

本发明涉及用于进行阳极氧化处理，优选进行微弧阳极氧化处理的装置，它还涉及相关的方法。

背景技术：

通过微弧阳极氧化来处理基于镁、铝、或钛的合金是众所周知的。该技术用于制造具有非常低的孔隙率的层，层的硬度远远大于可通过常规的阳极处理获得的非结晶氧化物的硬度，其中常规的阳极处理例如为硫阳极氧化(SAO)、铬阳极氧化(CAO)或磷阳极氧化(PAO)。特别是，在微弧阳极氧化处理中，零件表面上的氧化层由于产生微放电而形成，微放电导致微弧的形成，微弧可非常局部地升高零件表面的温度，以结晶出在阳极氧化步骤过程中形成的非晶质的氧化物。在微弧阳极氧化处理中，零件可浸入一含水电解质，它们暴露于由一特定的电子发生器，如果必要的话，由一形状与零件匹配的对电极而产生的电能的振荡脉冲下。显微光-发射放电于是可在该零件的表面见到，这些放电是由于氢氧化物层中的电介质分解造成的，它们可被视作微等离子体。

该处理方式的主要参数(电信号的频率、电流密度、零件浸浴的时间、温度……)可根据被处理零件的材料、形状和阳极氧化层所要求的特性来调整和控制。

然而，在一个大的容器(具有0.5立方米(m3)容积的容器)中通过现有的微弧阳极氧化技术来制造一涂层具有一些限制。

首先，该技术可包括使用一输送高值双极电流的发电机，赋予零件较大的表面面积进行处理，这可导致较高水平的电消耗。而且，通过微弧阳极氧化较大面积的零件来获得一涂层是困难的，因为阳极氧化需要较高的电流。

而且，由于微弧阳极氧化处理消耗大量的能，因此现有技术的浴处理中的电解液的温度难以控制。然而，有必要控制浴液的温度，以确保涂层正确制造。调节浴液温度的需求可导致使用一相对复杂的装置，从而大大增加实施该处理的成本。

现有技术微弧阳极氧化方法的另一缺点是，在阳极氧化处理进行时可靠测量电解液的特定参数是困难的。然而，此类参数的可靠测量是需要的，例如为了能够根据由上述测量所确定的信息来修改所进行的阳极氧化处理。

最后，为了在零件上一指定区域实施微弧阳极氧化，可使用例如清漆这样的有机型的保护层，或例如由传统阳极氧化导致的无机型的保护层，以阻止微弧阳极氧化层形成在零件的全部表面上。保护层专门用来将下面的零件的表面与电解液电绝缘，从而阻止表面被阳极氧化。然而，将保护层设置就位相对来说是较昂贵的，可使制造的组织大大地复杂化。而且，涂覆步骤难以执行，并可使该处理过程的成本大大增加。

因此，存在提供一种装置的需求，该装置可使阳极氧化处理，特别是微弧阳极氧化处理以简单和廉价的方式实现。

还存在提供装置的需要，所述装置能够在阳极氧化处理的过程中，特别是在微弧阳极氧化处理的过程中有效控制电解液的温度。

还存在提供新颖装置的需要，所述装置适于执行除阳极氧化以外的处理过程，并尤其使得可在阳极氧化处理过程中可靠监视所使用电解液的参数。

技术实现要素：

为此，在第一方面，本发明提供一种用于在零件上执行阳极氧化处理的装置，该装置包括：

处理室，所述处理室包括将被处理的零件，以及一对-电极，该对-电极与待处理的零件相对，该待处理的零件构成处理室的第一壁；

发电机，该发电机的第一接线端电连接至该待处理的零件，该发电机的第二接线端电连接至所述对-电极；以及

一系统，该系统用于储存和循环电解液，该系统包括：

存储容器，该存储容器与所述处理室不同，用于盛装电解液；以及

回路，所述回路用于循环电解液，以使电解液可在所述存储容器与所述处理室之间流动。

本发明依靠使用处理室的原理，该处理室“远离”电解液存储容器，待处理的零件形成该处理室的一个壁。与现有技术中已知的阳极氧化装置不同，该待处理的零件并不沉浸在电解液中，而是仅该待处理零件的表面在阳极氧化处理过程中与电解液接触。自然，该待处理零件的表面是导电的，该零件由例如铝、镁和/或钛这样的金属构成。

本发明有利地使阳极氧化处理可“集中”在该处理室的一有限的容积中，使得可使用一处理室，该处理室的容积大大小于待处理零件被浸渍的现有技术阳极氧化方法中所使用的容器的容积。因而，在本发明中，使用一处理室，该处理室的容积与待处理表面的尺寸相匹配，这具有一些优点。

特别是，本发明使得可相对于现有技术方法实现能耗方面的节省，因为，在使用本发明装置时，由发电机所传递的能量与待处理的表面区域的尺寸成比例。另外，在航空领域经常遇到的大尺寸零件，例如铝制零件，可有利地被阳极氧化，而无须使用一该零件可完全浸入其中的容器，该容器在已知的现有技术方法中是需要的，因而使得可实现在阳极氧化处理过程中所使用的电解液的量方面的节省。

因此，由于使用容积和形状与待处理的表面相匹配的处理室，就可使用与待处理的表面区域的尺寸相匹配的电流和电解液的量。另外，该处理室的使用有利地使安装保护层或罩的昂贵步骤多余。

由此，本发明提供了一种装置，其能够使阳极氧化处理，优选为微弧氧化处理以简单和经济的方式进行。

本发明的装置优选用于执行微弧氧化处理。

本发明的装置还使得可通过使电解液能够在处理室中有效更新以及在良好的混合条件下保持处理室来对在处理区域中所产生的热的效果进行更好的控制。此更新通过用于存储和循环电解液的系统而变得可行，该系统使电解液能够从存储容器流至处理室，并能够使电解液从处理室流回存储容器。该系统帮助更好地控制阳极氧化处理，并使涂层更易于制造，以便它们符合所要求的规定。

有利地，该用于存储和循环电解液的系统还可包括用于通过所述系统驱动电解液循环的泵。

在一实施例中，该装置使得用于循环电解液的回路包括：

第一通道，该第一通道用于使来自存储容器的电解液能够流至处理室；以及

第二通道，该第二通道用于使电解液能够从所述处理室流至所述存储容器。

有利地，该处理室的容积可小于该存储容器的容积。该存储容器的容积和该处理室的容积分别对应于所述存储容器和所述处理室的内侧容积(即不包括壁的体积)。尤其是，处理室的容积与存储容器的容积之比小于或等于1，优选小于或等于0.2。

在一实施例中，该装置可包括至少一个密封衬垫，该密封衬垫构成处理室的第二壁，该第二壁与第一壁不同。特别是，该装置有利地包括两个密封衬垫，该两个密封衬垫相互面对，构成该处理室的两个不同的壁。

在一实施例中，所述处理室可限定一单独的隔间。

本发明还提供一种阳极氧化零件的方法，该方法包括以下步骤：

通过使用上面限定的装置进行阳极氧化处理来在零件的表面上形成一涂层，在阳极氧化处理的过程中在处理室中具有电解液，该电解液在阳极氧化处理过程中流入电解液循环回路。

本发明的阳极氧化处理具有上述优点。

优选地，该阳极氧化处理是微弧氧化处理。

在一实施例中，电解液可在电解液循环回路中以每分钟0.1倍至10倍处理室容积范围内的流速流动。

有利地，处理室中的电解液在阳极氧化处理过程中持续更新。

在一实施例中，在阳极氧化处理过程中：

来自存储容器的电解液可通过所述第一通道流至所述处理室；以及

电解液可通过所述第二通道从所述处理室流至所述存储容器。

在一实施例中，该方法还可包括在电解液流入存储容器之前过滤在所述第二通道中流动的电解液的步骤。

在一实施例中，该方法还可包括以下步骤：

确定至少涉及在所述第一通道中和/或在所述第二通道中流动的电解液的信息；和

修改该阳极氧化处理的至少一个特征，该修改根据关于该电解液所确定的信息来进行。

附图说明

通过以下参照附图的作为非限定性例子的本发明具体实施例的描述，本发明的其他特征和优点将呈现，其中：

图1显示本发明的装置的一实施例；和

图2和3显示本发明的装置的其他实施例。

具体实施方式

图1显示本发明的装置1的一实施例。该装置1包括待处理的零件3和发电机5。该待处理的零件3将进行阳极氧化处理，优选进行微弧氧化。发电机5用于执行该阳极氧化。如图所示，发电机5的第一接线端电连接至零件3，发电机5的第二接线端电连接至面对该零件3的一对-电极7。发电机5优选使用交流电(AC)。

对-电极7优选由不锈钢制成。更通常地，可使用任何导电材料来制造对-电极7，如果其适于执行阳极氧化处理。

装置1具有一处理室10，阳极氧化处理在该处理室中进行，待处理的零件3构成处理室10的第一壁，对-电极7构成该处理室的与第一壁相对的壁。在处理室10中零件3与对-电极7之间存在电解液11。该电解液11的化学成分使零件3可受到阳极氧化处理。如图所示，该对-电极7并不浸没在电解液11中。该对-电极7形成处理室10的一个壁。

这样，如图所示，待处理的零件3并不浸没于处理室10中的电解液11中。该零件3构成处理室10的一个壁，使得仅零件3的待处理的表面S与电解液11相接触。在所示的例中，零件3沿其全部长度，即沿其最长尺寸被处理。自然，这不会超过本发明中该待处理零件仅其长度的部分的范围。因而，在本发明的范围中，可对零件的仅一个表面进行阳极氧化处理，或对其全部表面进行处理。

另外，该处理室10包括两个密封衬垫13a和13b，密封衬垫13a和13b相互面对，并形成处理室10的两个不同的壁。如图所示，密封衬垫13a和13b分别位于处理室10的顶端和底端。衬垫13a和13b可由柔性材料制成。

这样，在显示装置1的该实施例中，用于阳极氧化的电解液11通过使用柔性衬垫13a和13b的静态密封而被容纳于零件3与对-电极7之间。因而，该处理室10构成用来涂覆零件3的表面S的电解液11的罐。如上所述，处理室10的容积和尺寸适于零件3的待处理的表面S的尺寸和形状。在所显示的例中，该处理室10限定一单独的隔间。

另外，装置1包括一系统20，用于存储和循环电解液11。该系统20包括一存储容器21，电解液11储存在该存储容器21中，储存在该存储容器中的电解液11的温度保持在由一冷却系统(未显示)所确定的值。存储容器10中的电解液11的PH值也保持在一固定值。在阳极氧化处理过程中，来自存储容器21的电解液11沿着第一通道23流至处理室10。系统20还具有第二通道25，该第二通道25使电解液11可从处理室10流至存储容器21。该第二通道25使处理室10中的电解液11可流出并返回至其可被冷却的存储容器21。电解液11通过系统20由泵27循环。在例中，泵27可以是由供应商TKEN售卖的名称为YB1-25的泵。

图1包括显示电解液11流向的箭头。由泵27确定的电解液11的流速使得处理室10中的电解液11适当地更新，以通过阳极氧化制成所希望的涂层。对于泵27来说，使电解液11以等于每分钟大约一个处理室10的容积的流速是有利的。更通常来说，泵27可有利地使电解液11以每分钟0.1倍-10倍的处理室的容积的范围内的流速流动。

优选地，电解液11从存储容器21流至处理室10和从处理室10流至存储容器21在阳极氧化处理的过程中不被中断。换句话说，优选在阳极氧化处理的全部过程中持续地更新处理室10中的电解液11。

第一通道23可在其全部或部分长度具有直径d₁，该直径d₁小于或等于10厘米，例如在1厘米-3厘米的范围内。第二通道25可在其全部或部分长度具有直径d₂，该直径d₂小于10厘米，例如在1厘米-3厘米的范围内。处理室10的容积可小于或等于0.5m³，例如在10立方分米(dm³)-40立方分米的范围内。存储容器21的容积可大于或等于0.5m³，例如在0.5m³-2m³的范围内。

形成衬垫13a和13b、第一通道23和第二通道25的材料选择为确保在对-电极7与零件3之间无电流通过。

图1中所显示的装置1用于以零件为基础在零件上进行阳极氧化处理。如图所示，图1中所示的由装置1执行的方法优选不包括涂覆零件3的表面S的部分或将至少一个保护层在待处理的零件3的表面S上放置就位的步骤。

在阳极氧化处理之后所形成的涂层的最终厚度垂直于在下面的零件的表面测量在2微米(μm)-200微米的范围内。

下面是可实现的操作条件的例子，以使用上述的装置1来执行微弧氧化处理：

所施加的电流：40安每平方分米(A/dm²)至400A/dm²；

电压：180伏(V)至600V；

脉冲频率：10赫兹(Hz)至500Hz；

处理时间：10分钟(min)至90min；

存储容器中电解液的温度：17℃至30℃。

存储容器中电解液的PH值：6至12；以及

存储容器中电解液的电导率：200毫西门子每米(mS/m)至500mS/m。

特别是，对于执行微弧氧化处理，可使用具有如下成分的电解液：

软化水；

氢氧化钾(KOH)，其浓度在5克每升(g/L)至50g/L的范围内；

硅酸钠(Na₂SiO₃)，其浓度在5g/L至50g/L的范围内；以及

磷酸钾(K₃PO₄)，其浓度在5g/L至50g/L的范围内。

然而，本发明并不限于执行微弧氧化方法。本发明的装置可用于执行任何类型的阳极氧化，例如硫阳极氧化(SAO)、铬阳极氧化(CAO)、sulfotartric阳极氧化(STAO)，或磺基磷阳极氧化(SPAO)。

在例中，被处理的零件可以是叶片，例如由钛制成，或泵体。还可使用本发明的装置来维修一损坏的氧化层，该装置使得可利用通过仅在损坏区域进行氧化而形成的一涂层而执行局部维修。

在未显示的一变例中，可使用本发明的多个装置处理多个不同零件，所述多个装置可选择连接到相同的发电机。所述零件可选择性地同时进行处理。

存储容器21致力于储存和更新电解液，其中不进行阳极氧化处理。通过将存储容器21与处理室10分离，可构建本发明的装置，以执行除阳极氧化之外的处理，这将在下文中详述。就发明人所知，这些除阳极氧化之外的处理在本领域的已知方法中未被执行或未以满意的方式执行。

图2显示本发明的装置1的一种变形。在该例中，装置1还具有过滤装置52，该过滤装置位于处理室10与存储容器21之间。在第二通道25中的电解液流经过滤装置52并在过滤后经通道25a返回至存储容器21。在例中，使用该过滤器装置52有利地使得可消除未粘附到所形成的阳极层上的颗粒，从而在将电解液返回至处理室10之前对其进行净化。

图3显示本发明的装置1的一种变形。该装置1包括传感器60，用于确定关于在第一通道23中流动的电解液11的信息。根据其确定的该信息，此传感器60使得可在发电机5上动作，以修改所进行的阳极氧化处理的至少一个特征。在一变例中，该传感器可确定关于在第二通道中流动的电解液的信息，或实际上其可确定关于在第一通道中和第二通道中流动的电解液的信息，以根据此信息修改正在执行的阳极氧化处理。通过在处理室10的上游和/或下游进行测量，本发明的装置1的该实施例有利地使得可获得比可从反应室所观察到的信息更可靠的信息，从而使得可根据已确定的信息，以满意的方式控制处理室中所执行的阳极氧化。典型地，由该传感器所确定的关于电解液的信息可涉及一个或多个以下参数：在电解液中例如铝这样的金属物质的浓度、PH值，以及电解液的电导率。该电解液可随着阳极氧化过程的进行而逐渐充满金属物质，此参数，类似PH值或电解液的电导率，使得可对所执行的阳极氧化处理具有影响。直接对正进行的阳极氧化进行控制对于将在航空领域使用的零件上进行阳极氧化处理和/或进行相对较长的阳极氧化处理是尤其有利的。

术语“包括/包含/包括一”应理解为“包括/包含/包括至少一个”。

术语“在……至……的范围内”应理解为包括限值。