实验用镁合金表面制备微弧氧化活性涂层的装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种实验用镁合金表面制备微弧氧化活性涂层的装置包括电源箱、镁合金样品、不锈钢板、电解槽，镁合金样品做为阳极与电源箱的输出正极相连接，不锈钢板做为阴极与电源箱的输出负极相连接，电解槽内设置有搅拌器和循环冷却装置，还包括PH传感器、PH控制器、添加剂控制器，该装置采用搅拌器使电解液形成对流循环，大幅增加电解溶液中离子的传质效率，循环冷却装置确保了电解溶液的温度稳定在最优反应温度范围之内，从而有效提高了镁合金微弧氧化活性涂层膜的成膜效果，本装置克服了当前微弧氧化电源操作复杂、成本昂贵、设备体型重大等而难以适合于小型的实验使用的缺点，可以适合实验用小功率镁合金微弧氧化。
【专利说明】
实验用镁合金表面制备微弧氧化活性涂层的装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种实验用镁合金表面制备微弧氧化活性涂层的装置。
【背景技术】
[0002]可降解吸收的生物材料的研究是当前生物材料领域的国际研究前沿和热点。镁及镁合金是作为一种体内可降解的金属材料，它的组织韧性比陶瓷生物材料好;另外弹性模量和抗压强度也比其他金属植入材料更接近人骨，可以避免将金属植入人体内因材料的弹性模量不匹配产生的应力屏蔽现象。镁及镁合金的密度约为1.7 g/cm3，与人体致密骨的密度1.75 8/0113最为接近，远低于116414￥的密度4.47 g/cm3。另外镁元素本身就是人体所必需的元素，能够加速骨细胞的形成，骨细胞的愈合等。镁元素还与神经、肌肉和心脏关系密切。但是镁及其合金的耐蚀性较差，特别是在PH值低于11.5、C1-存在的生理环境中腐蚀速率更快，限制镁合金临床应用。表面改性是有效控制镁合金的降解速率、改善生物相容性的一条重要途径。目前制备镁合金生物活性涂层的方法很多，有等离子喷涂，电化学沉积法、溶胶凝胶法、仿生生长法，微弧氧化法等，其中等离子喷涂以后得到的涂层中大部分羟基磷灰石已经分解，大大降低了其生物活性和生物相容性，同时涂层与基体间具有较大的残余应力;而电化学沉积法、溶胶凝胶法、仿生生长法得到的HA涂层和基体镁合金的结合强度较低，在植入过程中容易脱落等问题。微弧氧化是一种在Al、Mg、Ti等有色金属表面原位生长陶瓷膜的表面处理新技术，技术上具有先进性。该技术能改善金属表面的耐磨损、耐腐蚀、耐热冲击及绝缘性能，可以获得结合强度较高的氧化层。现有的生物镁合金表面微弧氧化制备含羟基磷灰石等活性涂层过程中，其制备装置中的电解溶液稳定性受到PH值变化的影响很大，微弧氧化陶瓷膜的形成会消耗阳极界面处的离子，使得电解溶液PH值呈下降的趋势。在此过程中，越靠近电极表面，溶液离子的浓度越低，进而形成了向电极方向的浓度梯度。而单独依靠电解溶液自身梯度差的传质过程，其传质效率低下，不能很好地满足微弧氧化过程的要求。此外，除了微弧氧化反应本身释放出的大量热量之外，由于在氧化膜层孔隙中和阻挡层里的电解液的电阻率高，通过焦耳效应也产生和释放出热量，这些热效应都会使电解液温度很快上升。而电解液温度越高电解液溶解速率就越大，使得氧化膜的生长速度变得缓慢。同时在高温环境下，镁合金表面羟基磷灰石涂层更容易发生烧蚀现象，引起膜层局部腐蚀，膜层粗糙度也变大，同时温度上升会导致试样电流密度加大，影响成膜效果。这些原因使得铁合金基体表面无法形成完整的氧化膜，还严重影响了羟基磷灰石等活性涂层的性能。同时，当前微弧氧化电源都有操作复杂、成本昂贵、设备体型重大等缺点难以适合于小型的实验使用。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型目的在于提供一种实验用镁合金表面制备微弧氧化活性涂层的装置。
[0004]为了解决上述技术问题，本实用新型的一种技术方案是，一种实验用镁合金表面制备微弧氧化活性涂层的装置，包括电源箱、镁合金样品、不锈钢板、电解槽，所述电解槽内设置有电解液，镁合金样品、不锈钢板对称设置在电解槽内，镁合金样品做为阳极与电源箱的输出正极相连接，不锈钢板做为阴极与电源箱的输出负极相连接，电解槽内设置有搅拌器和循环冷却装置。
[0005]进一步的，搅拌器设置电解槽上部并位于镁合金样品与不锈钢板之间。
[0006]进一步的，所述循环冷却装置包括热交换管、空气压缩机、水栗，空气压缩机、水栗设置在电解槽外，空气压缩机与水栗相连接，热交换管设置在电解槽内镁合金样品所在那侦U，热交换管与水栗相连接。
[0007]进一步的，还包括PH传感器、PH控制器、添加剂控制器，PH传感器、添加剂控制器均与PH控制器电性连接，PH传感器设置在电解槽内，添加剂控制器设置在电解槽上方并位于不锈钢板所在那侧。
[0008]进一步的，所述电源箱内设置有依次电性连接的交流电源、空气开关、调压器、整流桥、电容、电压电流表。
[0009]进一步的，所述空气开关为型号为DZ47LE2P10A带有漏电保护的断路器。
[0010]进一步的，所述调压器的型号为TDGC2-3KVA。
[0011 ]进一步的，所述整流桥为100A/1600V的单相全波整流桥。
[0012]进一步的，所述电容的规格为450V/1000yF。
[0013]进一步的，所述电压电流表为D85-3050双显数字直流电压电流表。
[0014]与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果:该装置采用搅拌器使电解液形成对流循环，大幅增加电解溶液中离子的传质效率，循环冷却装置确保了电解溶液的温度稳定在最优反应温度范围之内，从而有效提高了镁合金微弧氧化活性涂层膜的成膜效果，本装置具有造价低廉、制作方便、操作简单以及适用性广等优点，且样品活性涂层表面均匀、性能好，克服了当前微弧氧化电源操作复杂、成本昂贵、设备体型重大等而难以适合于小型的实验使用的缺点，可以适合实验用小功率镁合金微弧氧化。
[0015]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型做进一步详细的说明。
【附图说明】
[0016]图1是本实用新型的结构示意图。
[0017]图2是电源箱的电源电路图。
[0018]图中:
[0019]1-电源箱;2-不锈钢板;3-镁合金样品；4-电解槽;5-热交换管;6-空气压缩机;7-水栗;9-PH传感器；10-添加剂控制器；11-交流电源；12-空气开关；13-调压器；14-整流桥；15-电容;16-搅拌器。
【具体实施方式】
[0020]如图1-2所示，一种实验用镁合金表面制备微弧氧化活性涂层的装置，包括电源箱1、镁合金样品3、不锈钢板2、电解槽4，所述电解槽4内设置有电解液，镁合金样品3、不锈钢板2对称设置在电解槽4内，镁合金样品3做为阳极与电源箱I的输出正极相连接，不锈钢板2做为阴极与电源箱I的输出负极相连接，电解槽4内设置有搅拌器16和循环冷却装置，循环冷却装置用于对电解槽4内的电解液进行循环冷却。
[0021]在本实施例中，搅拌器16设置电解槽4上部并位于镁合金样品3与不锈钢板2之间，搅拌器16用于对电解槽4内部的电解液进行搅拌。
[0022]在本实施例中，所述循环冷却装置包括热交换管5、空气压缩机6、水栗7，空气压缩机6、水栗7设置在电解槽4外，空气压缩机6与水栗7相连接，热交换管5设置在电解槽4内镁合金样品3所在那侧，热交换管5与水栗7相连接。
[0023]在本实施例中，还包括PH传感器9、PH控制器、添加剂控制器10，PH传感器9、添加剂控制器10均与PH控制器电性连接，PH传感器9设置在电解槽4内，添加剂控制器10设置在电解槽4上方并位于不锈钢板2所在那侧，添加剂控制器10用于承载调节电解液pH值的添加剂，PH值检测传感器9用于检测电解槽4内部电解液的pH值。
[0024]在本实施例中，所述电源箱I内设置有依次电性连接的交流电源11、空气开关12、调压器13、整流桥14、电容15、电压电流表。
[0025]在本实施例中，所述空气开关12为型号为DZ47LE2P10A带有漏电保护的断路器，在电路中起到过载保护、短路保护、漏电保护的作用。
[0026]在本实施例中，目前常用镁合金的微弧氧化起弧电压在50V-150V都可，因此，更具本次需要的电流最大可以是1A的情况下，所述调压器13的型号为TDGC2-3KVA。
[0027]在本实施例中，所述整流桥14为100A/1600V的单相全波整流桥，整流桥是将四个硅流管以桥路形式连接并用塑料封装的半导体器件，整流桥可以将交流电路整流成单一方向的电流电路，具有体积小、参数一致性、使用方便等优点。
[0028]在本实施例中，经过整流桥以后的电路是脉动直流，波动范围会比较大，因此需要并联一电解电容来稳定输出，所述电容15的规格为450V/ 100yF0
[0029]在本实施例中，所述电压电流表为D85-3050双显数字直流电压电流表。
[0030]在本实施例中，电解槽4为普通自制玻璃容器。
[0031]在本实施例中，所述的空气开关12、调压器13、整流桥14、电容15及电容电压表的型号为其中的一种选择，但不限于这几种型号。
[0032]使用时，镁合金样品3接阳极，不锈钢板2接阴极，并将阴阳两极置入配置好的电解液中，启动搅拌器1+开始搅拌电解液的同时开启循环冷却装置，并通过它们的搅拌作用促进电解液的对流作用控制电解液的温度控制在60°C以下，准备好后，打开电源不断调节参数进行微弧氧化实验。
[0033]上列为较佳实施例，对本实用新型的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种实验用镁合金表面制备微弧氧化活性涂层的装置，其特征在于:包括电源箱、镁合金样品、不锈钢板、电解槽，所述电解槽内设置有电解液，镁合金样品、不锈钢板对称设置在电解槽内，镁合金样品做为阳极与电源箱的输出正极相连接，不锈钢板做为阴极与电源箱的输出负极相连接，电解槽内设置有搅拌器和循环冷却装置。2.根据权利要求1所述的实验用镁合金表面制备微弧氧化活性涂层的装置，其特征在于:搅拌器设置电解槽上部并位于镁合金样品与不锈钢板之间。3.根据权利要求1所述的实验用镁合金表面制备微弧氧化活性涂层的装置，其特征在于:所述循环冷却装置包括热交换管、空气压缩机、水栗，空气压缩机、水栗设置在电解槽夕卜，空气压缩机与水栗相连接，热交换管设置在电解槽内镁合金样品所在那侧，热交换管与水栗相连接。4.根据权利要求3所述的实验用镁合金表面制备微弧氧化活性涂层的装置，其特征在于:还包括PH传感器、PH控制器、添加剂控制器，PH传感器、添加剂控制器均与PH控制器电性连接，PH传感器设置在电解槽内，添加剂控制器设置在电解槽上方并位于不锈钢板所在那侧。5.根据权利要求1所述的实验用镁合金表面制备微弧氧化活性涂层的装置，其特征在于:所述电源箱内设置有依次电性连接的交流电源、空气开关、调压器、整流桥、电容、电压电流表。6.根据权利要求5所述的实验用镁合金表面制备微弧氧化活性涂层的装置，其特征在于:所述空气开关为型号为DZ47LE2P10A带有漏电保护的断路器。7.根据权利要求5所述的实验用镁合金表面制备微弧氧化活性涂层的装置，其特征在于:所述调压器的型号为TDGC2-3KVA。8.根据权利要求5所述的实验用镁合金表面制备微弧氧化活性涂层的装置，其特征在于:所述整流桥为10A/1600V的单相全波整流桥。9.根据权利要求5所述的实验用镁合金表面制备微弧氧化活性涂层的装置，其特征在于:所述电容的规格为450V/1000yF。10.根据权利要求5所述的实验用镁合金表面制备微弧氧化活性涂层的装置，其特征在于:所述电压电流表为D85-3050双显数字直流电压电流表。
【文档编号】C25D21/02GK205420580SQ201620196707
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月15日
【发明人】温翠莲, 林逵, 杨义许, 裘依梅, 詹晓章
【申请人】福州大学