專利名稱：滾刷式微弧氧化處理方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微弧氧化表面處理方法和裝置，具體地是一種用于大尺寸工件表面的微弧氧化處理方法及實現(xiàn)該方法的便攜式裝置。
背景技術(shù)：
微弧氧化是一種在Al、Mg、Ti等有色金屬表面原位生長陶瓷層的表面處理技術(shù)，它突破了傳統(tǒng)陽極氧化技術(shù)工作電壓的限制，將工作區(qū)域由法拉第區(qū)引到高壓放電區(qū)，利用微弧區(qū)瞬間高溫?zé)Y(jié)作用直接在金屬表面原位生長陶瓷膜。與普通陽極氧化技術(shù)相比，微弧氧化技術(shù)，把等離子體引入化學(xué)反應(yīng)機制。在等離子體的介入作用下具有強烈的能量釋放，呈現(xiàn)出較強的弧光放電現(xiàn)象，微弧氧化正是利用等離子體弧光放電過程增強了在陽極試樣表面發(fā)生的電化學(xué)氧化反應(yīng)，促使反應(yīng)向產(chǎn)物生成方向進行，同時將化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物迅速熔融、凝固形成硬質(zhì)陶瓷層，從而使陶瓷層的耐磨性能得到顯著的提高，并明顯優(yōu)于硬質(zhì)陽極氧化膜。微弧氧化工藝簡單、處理效率高、成本低、無污染，生成的氧化膜具有均勻致密、與基體結(jié)合強度高、耐磨、耐蝕、耐高溫，在航天、航空、汽車、電子和機械等行業(yè)中具有巨大的應(yīng)用前景。目前，微弧氧化的常規(guī)處理模式為浸入式，其基本操作是:將工件和對電極同時浸入電解液中，其中待處理工件與電源正極相連接、對電極與電源負極相連接，控制電壓或電流以及其它工藝參數(shù)，進行表面陶瓷化處理。上述浸入式處理模式對于體積小、幾何形狀復(fù)雜的工件的微弧氧化處理尤其是批量化處理而言，不僅可行，而且高效。但是，當(dāng)遇到體積或表面積龐大的工件及難以拆卸的大型設(shè)備時，浸入式處理就會遇到很多問題。比如，槽體的體積不夠大，由于工件體積龐大，對槽體的容積要求必然很大，由此帶來的諸如槽體材料用量增加，對其力學(xué)性能的要求提高等等一系列問題；另外，在對大尺寸工件處理時，由于工作電流較大，必然產(chǎn)生大量的熱量，必須配備龐大的冷卻系統(tǒng)對電解液的溫度進行控制，同時，由于電流太大，也增加了配備電要求，這些都增加了微弧氧化技術(shù)的難度及成本，從而制約了微弧氧化對大面 積工件處理的實現(xiàn)。單位面積微弧氧化功耗太大，無法實現(xiàn)對大尺寸工件的微弧氧化處理，這是由于維持微弧放電需要的大電流和高電壓固有特性所決定的。針對此問題，很多學(xué)者進行了大量研究，除了常規(guī)的通過電源功率的增大或輸出模式改變，電參數(shù)或溶液體系等方面的優(yōu)化。還有學(xué)者另辟蹊徑，采用了非常規(guī)的微弧氧化方法，即并非將待處理工件整體浸入處理液中，而是使待處理工件的局部區(qū)域與電解液接觸，從而實現(xiàn)工件從局部到整體的處理。如申請?zhí)?01020102896，名稱為帶有移動陰極的局部電場控制微弧氧化設(shè)備的專利，移動陰極固定于移動陰極座內(nèi)，移動陰極座的開口通過吸盤與待處理工件密封、固定,移動陰極的隔墻隔開進液口和出液口，強制電解液流經(jīng)陰極上端面與工件的間隙，陰極上端面與工件待微弧氧化面平行，并以大面積工件的表面作為電解槽內(nèi)壁來實現(xiàn)工件表面局部或由局部至整體的微弧氧化。以吸盤吸附工件，雖較固化粘結(jié)劑方便，但隨著微弧氧化反應(yīng)的進行，工件表面將產(chǎn)生大量熱量，通過電解液的循環(huán)能帶走部分熱量，而電解液流速的增大以及裝置自身受熱膨脹，將難以保證陰極吸附牢固；并且，以這種定點微弧氧化的方式，將增加工序，無法實現(xiàn)連續(xù)處理，生產(chǎn)效率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有的浸入式微弧氧化處理模式的缺陷，以及定點微弧氧化方式無法實現(xiàn)連續(xù)處理，生產(chǎn)效率低的不足，提供滾刷式微弧氧化處理方法。本發(fā)明的目的還在于提供一種用于實現(xiàn)所述方法的大體積、大面積工件表面的微弧氧化處理裝置，從而使大體積或大面積工件表面的微弧氧化處理變得靈活和高效。本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn):
一種滾刷式微弧氧化處理方法，該方法通過滾筒刷式陰極在陽極工件表面的來回滾刷，實現(xiàn)工件表面由局部到整體的微弧氧化處理。一種微弧氧化處理裝置，其包括微弧氧化電源、大尺寸待處理陽極工件、滾筒刷式陰極、溶液回收裝置、微弧氧化電解液、電解液箱、潛水泵和循環(huán)冷卻水槽；所述滾筒刷式陰極包括不銹鋼圓筒、膠棉套、導(dǎo)電部分、導(dǎo)液部分和塑料手柄；所述不銹鋼圓筒為空心圓柱體，空心圓柱體側(cè)面開有等間距通孔，方便電解液的傳輸，空心圓柱體兩端面中心開孔，且空心圓柱體端面中心孔周圍開有小孔，以便于導(dǎo)液部分和導(dǎo)電部分通過螺栓和螺母組合分別固定在不銹鋼圓筒兩個端面上；所述膠棉套包裹不銹鋼圓筒，起儲存和傳輸電解液作用，導(dǎo)通陰陽極，保證微弧氧化反 應(yīng)的進行；所述導(dǎo)電部分包括導(dǎo)電滑環(huán)，導(dǎo)電滑環(huán)法蘭部分與不銹鋼圓筒的一端面通過螺栓固定；所述導(dǎo)液部分包括導(dǎo)液管、滾珠軸承及固定座，導(dǎo)液管穿入滾珠軸承內(nèi)圈，導(dǎo)液管與滾珠軸承內(nèi)圈之間過渡配合，再以環(huán)氧樹脂將滾珠軸承緊固于固定座的圓坑內(nèi)，通過螺栓與螺母將固定座固定于不銹鋼圓筒的另一端面上；所述塑料手柄包括伸縮手柄、支架、螺栓與吊環(huán)螺母，所述支架通過螺栓與吊環(huán)螺母的組合連接與固定導(dǎo)電滑輪和導(dǎo)液部分的導(dǎo)液管。進一步優(yōu)化的，所述不銹鋼圓筒其上開有3排排列整齊的通孔，均布于不銹鋼圓筒側(cè)面。所述不銹鋼圓筒材料為202不銹鋼或304不銹鋼。進一步優(yōu)化的，所述膠棉套為聚乙烯醇(PVA)膠棉，包裹在不銹鋼圓筒側(cè)面的聚乙烯醇膠棉厚度為f4cm，包裹不銹鋼圓筒端面的聚乙烯醇膠棉厚度為0.2~0.5cm，且兩端面上的聚乙烯醇膠棉開有通孔，便于膠棉套套入不銹鋼圓筒。進一步優(yōu)化的，所述導(dǎo)液管為不銹鋼管或者硬質(zhì)塑料管，導(dǎo)液管一端伸入不銹鋼圓筒內(nèi)，另一端穿入吊環(huán)螺母，螺栓旋入吊環(huán)螺母，并壓緊導(dǎo)液管。進一步優(yōu)化的，所述固定座由絕緣材料制成，固定座為圓盤狀，其中心開有圓坑，用于固定滾珠軸承，圓坑底面中心開孔，便于導(dǎo)液管伸入不銹鋼圓筒內(nèi)；圓坑邊緣上開有通孔，以便通過螺栓與螺母的組合將固定座固定于不銹鋼圓筒端面上。進一步優(yōu)化的，所述滾筒刷式陰極為通過人手操作或連接傳動機構(gòu)實現(xiàn)滾筒刷式陰極的往復(fù)運動，滾筒刷式陰極轉(zhuǎn)速為40~70r/min。本發(fā)明通過尺寸相對較小的滾筒刷式陰極，將電場集中于大面積工件表面的局部區(qū)域，通過開有小孔的不銹鋼圓筒及包裹其上的膠棉套，實現(xiàn)電解液的儲存和傳輸，保證微弧氧化反應(yīng)的進行。同時通過調(diào)整膠棉套的厚度，實現(xiàn)對陰陽極間距的控制，通過陰極在陽極工件表面的來回滾刷，實現(xiàn)工件由局部到整體的處理。溶液回收裝置回收多余的電解液，電解液經(jīng)導(dǎo)管流回電解液箱，在冷卻水槽進一步冷卻后，電解液循環(huán)利用。與現(xiàn)有技術(shù)和裝置相比，本發(fā)明的有益效果表現(xiàn)在以下四方面:
(I)設(shè)備簡單、便攜，操作方便。只需在不銹鋼圓管口焊接不銹鋼法蘭片即可制得不銹鋼圓筒，而滾筒刷式陰極其余組件的連接固定，均采用螺栓與螺母的組合，無需額外加工；PVA膠棉套依靠自身優(yōu)良的彈性和韌性即可裹緊不銹鋼圓筒；滾筒刷式陰極大小與用于油漆滾刷的滾筒刷大小相當(dāng)，具有便攜性，且使用方便。(2)節(jié)能降耗。利用本發(fā)明的方法及裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)對大面積工件的微弧氧化處理和外場大面積構(gòu)件局部修復(fù)；溶液回收裝置回收多余的電解液，通過導(dǎo)管流回電解槽，實現(xiàn)電解液的循環(huán)利用；電能、電解液等資源的消耗以及電源裝置的成本可大幅降低。(3)靈活、高效。滾筒刷式陰極的自由滾動，易于實現(xiàn)連續(xù)化處理，提高了處理效率；滾筒刷式陰極與循環(huán)冷卻系統(tǒng)結(jié)合，保證了電解液充分循環(huán)和散熱，微弧氧化均勻、高效。通過調(diào)整膠棉套厚度以控制陰陽極間距，提高微弧氧化處理時的能量效率。(4)適用范圍廣。無需專門的電解液槽，不受零件尺寸的限制，滾筒刷式陰極能觸及的地方都能進行處理。利用本發(fā)明的方法及裝置，可用于大體積大面積工件的微弧氧化處理，尤其適合于由鎂、鋁、鈦及其合金制造的工件的表面處理。


圖1是實施方式中滾刷式微弧氧化處理裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是滾筒刷式陰極結(jié)構(gòu)示意圖。圖3a是滾筒刷式陰極不銹鋼圓`筒的結(jié)構(gòu)示意圖
圖3b是筒刷式陰極不銹鋼圓筒及膠棉套的軸截面示意圖。圖4是滾筒刷式陰極塑料手柄結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明的具體實施作進一步說明，但本發(fā)明的實施和保護范圍不限于此。如圖1、2、3所示，滾刷式微弧氧化處理裝置包括微弧氧化電源1、大尺寸待處理陽極工件4、滾筒刷式陰極3、溶液回收裝置5、微弧氧化電解液、電解液箱7、潛水泵8和循環(huán)冷卻水槽9 ;所述滾筒刷式陰極3包括不銹鋼圓筒11、膠棉套12、導(dǎo)電部分、導(dǎo)液部分和塑料手柄；所述不銹鋼圓筒為空心圓柱體，空心圓柱體側(cè)面開有等間距通孔，方便電解液的傳輸，空心圓柱體兩端面中心開孔，且空心圓柱體端面中心孔周圍開有小孔，以便于導(dǎo)液部分和導(dǎo)電部分通過螺栓和螺母組合分別固定在不銹鋼圓筒兩個端面上；所述膠棉套包裹不銹鋼圓筒，起儲存和傳輸電解液作用，導(dǎo)通陰陽極，保證微弧氧化反應(yīng)的進行；所述導(dǎo)電部分包括導(dǎo)電滑環(huán)，導(dǎo)電滑環(huán)法蘭部分與不銹鋼圓筒的一端面通過螺栓固定；所述導(dǎo)液部分包括導(dǎo)液管、滾珠軸承及固定座，導(dǎo)液管穿入滾珠軸承內(nèi)圈，導(dǎo)液管與滾珠軸承內(nèi)圈之間過渡配合，再以環(huán)氧樹脂將滾珠軸承緊固于固定座的圓坑內(nèi)，通過螺栓與螺母將固定座固定于不銹鋼圓筒的另一端面上；所述塑料手柄包括伸縮手柄、支架、螺栓與吊環(huán)螺母，所述支架通過螺栓與吊環(huán)螺母的組合連接與固定導(dǎo)電滑輪和導(dǎo)液部分的導(dǎo)液管。如圖3a、圖3b，不銹鋼圓筒11材料為202不銹鋼，外徑為5cm，長為7cm，其上均布3排整齊排列的通孔，孔徑為0.2cm。以2.5cm厚的PVA膠棉套12包裹不銹鋼圓筒11，PVA膠棉套12兩端面膠棉厚度為0.2cm，起密封作用；以絕緣螺栓和螺母的組合，將導(dǎo)電滑環(huán)10和導(dǎo)液部分一同固定在包裹了 PVA膠棉套12的不銹鋼圓筒11上；塑料手柄上的支架17兩端通過螺栓18與吊環(huán)螺母19的組合分別連接與固定導(dǎo)電滑環(huán)10和導(dǎo)液部分的導(dǎo)液管15。如圖1，一根導(dǎo)線2的一端與工件4表面電連接，另一端接DC電源I的陽極端或其它電源的任意端口。另一根導(dǎo)線 2的一端經(jīng)導(dǎo)電滑環(huán)10與滾筒刷式陰極3的不銹鋼圓筒11電連接，另一端接DC電源I的陰極端或其它電源的任意端口。一段電解液管道6連接潛水泵8和滾筒刷式陰極3上導(dǎo)液管15，另一段電解液管道2連接溶液回收裝置5與電解液箱7，通過潛水泵8實現(xiàn)微弧氧化電解液的循環(huán)。工作時先開潛水泵8，電解液通過導(dǎo)液管15進入不銹鋼圓筒11內(nèi)，外層PVA膠棉起儲存和傳輸電解液作用，打開電源開關(guān)，調(diào)整微弧氧化電源I的電壓、頻率等參數(shù)。推動手柄16，手柄16的直線運動通過導(dǎo)電滑環(huán)10及導(dǎo)液部分的滾珠軸承14轉(zhuǎn)化為包裹了 PVA膠棉的不銹鋼圓筒11的旋轉(zhuǎn)運動，實現(xiàn)滾筒刷式陰極3在工件4表面的連續(xù)滾刷式的微弧氧化處理。實施例1
以該裝置對一面積為50cmX50cm的鎂合金板進行表面微弧氧化處理，采用工頻交流電源，工件通過導(dǎo)線連接交流電源其中一個輸出端，滾筒刷式陰極通過導(dǎo)電滑環(huán)經(jīng)導(dǎo)線連接到電源另一輸出端；啟動潛水泵，電解液通過電解液管道傳遞，經(jīng)導(dǎo)液管進入滾筒刷式陰極不銹鋼筒體，電解液通過不銹鋼筒體的通孔被PVA膠棉套吸收，PVA膠棉其吸水率能達到本身重量10倍以上，不受外力時保水性很好，受壓時水份迅速排出。并且，在運動使用中，由于水的強吸附力，能形成一定的阻力，使?jié)L筒刷式陰極在滾刷工件時不易打滑。推動塑料手柄，滾筒刷式陰極在工件上滾刷時電解液能及時排出，PVA膠棉套起到很好的吸水、保水及給水作用；啟動工頻交流電源，頻率設(shè)為50Hz，操作滾筒刷式陰極，以50r/min的速度在工件表面來回滾刷，在微弧氧化處理過程中，在滾筒刷式陰極前進方向上，電解液在膠棉套與工件表面所形成的間隙短暫停留，可見到密集細小的黃色火花。約22min便可完成工件整個表面的微弧氧化處理，關(guān)閉電源與潛水泵，取出工件，并用清水進行清洗，在工件表面可見均勻膜層。實施例2
以1.5cm厚的PVA膠棉套包裹不銹鋼圓筒，膠棉套兩端面膠棉厚度為0.2cm，其它同實施例I。效果同實施例1。實施例3
以3.5cm厚的PVA膠棉套包裹不銹鋼圓筒，膠棉套兩端面膠棉厚度為0.2cm，滾筒刷式陰極以40r/min的速度在工件表面來回滾刷，其它同實施例1。結(jié)果在工件表面可見均勻光
滑膜層。
權(quán)利要求
1.一種滾刷式微弧氧化處理方法，其特征在于通過滾筒刷式陰極在陽極工件表面的來回滾刷，實現(xiàn)工件表面由局部到整體的微弧氧化處理。
2.一種實現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的微弧氧化處理裝置，其特征在于包括微弧氧化電源、大尺寸待處理陽極工件、滾筒刷式陰極、溶液回收裝置、微弧氧化電解液、電解液箱、潛水泵和循環(huán)冷卻水槽；所述滾筒刷式陰極包括不銹鋼圓筒、膠棉套、導(dǎo)電部分、導(dǎo)液部分和塑料手柄；所述不銹鋼圓筒為空心圓柱體，空心圓柱體側(cè)面開有等間距通孔，方便電解液的傳輸，空心圓柱體兩端面中心開孔，且空心圓柱體端面中心孔周圍開有小孔，以便于導(dǎo)液部分和導(dǎo)電部分通過螺栓和螺母組合分別固定在不銹鋼圓筒兩個端面上；所述膠棉套包裹不銹鋼圓筒，起儲存和傳輸電解液作用，導(dǎo)通陰陽極，保證微弧氧化反應(yīng)的進行；所述導(dǎo)電部分包括導(dǎo)電滑環(huán)，導(dǎo)電滑環(huán)法蘭部分與不銹鋼圓筒的一端面通過螺栓固定；所述導(dǎo)液部分包括導(dǎo)液管、滾珠軸承及固定座，導(dǎo)液管穿入滾珠軸承內(nèi)圈，導(dǎo)液管與滾珠軸承內(nèi)圈之間過渡配合，再以環(huán)氧樹脂將滾珠軸承緊固于固定座的圓坑內(nèi)，通過螺栓與螺母將固定座固定于不銹鋼圓筒的另一端面上；所述塑料手柄包括伸縮手柄、支架、螺栓與吊環(huán)螺母，所述支架通過螺栓與吊環(huán)螺母的組合連接與固定導(dǎo)電滑輪和導(dǎo)液部分的導(dǎo)液管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所述不銹鋼圓筒其上開有3排排列整齊的通孔，均布于不銹鋼圓筒側(cè)面。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所述膠棉套為聚乙烯醇(PVA)膠棉，包裹在不銹鋼圓筒側(cè)面的聚乙烯醇膠棉厚度為f4cm，包裹不銹鋼圓筒端面的聚乙烯醇膠棉厚度為0.2^0.5cm，且兩端面上的聚乙烯醇膠棉開有通孔，便于膠棉套套入不銹鋼圓筒。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所述導(dǎo)液管為不銹鋼管或者硬質(zhì)塑料管，導(dǎo)液管一端伸入不銹鋼圓筒內(nèi)，另一端穿入吊環(huán)螺母，螺栓旋入吊環(huán)螺母，并壓緊導(dǎo)液管。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所述固定座由絕緣材料制成，固定座為圓盤狀，其中心開有圓坑，用于固定滾珠軸承，圓坑底面中心開孔，便于導(dǎo)液管伸入不銹鋼圓筒內(nèi)；圓坑邊緣上開有通孔，以便通過螺栓與螺母的組合將固定座固定于不銹鋼圓筒端面上。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所述滾筒刷式陰極為通過人手操作或連接傳動機構(gòu)實現(xiàn)滾筒刷式陰極的往復(fù)運動，滾筒刷式陰極轉(zhuǎn)速為4(T70r/min。
全文摘要
本發(fā)明涉及滾刷式微弧氧化處理方法及裝置。該方法是通過滾筒刷式陰極在陽極工件表面的來回滾刷，實現(xiàn)工件表面由局部到整體的微弧氧化處理。所述裝置包括微弧氧化電源、陽極工件、滾筒刷式陰極、溶液回收裝置、微弧氧化電解液、電解液箱、潛水泵和循環(huán)冷卻水槽，滾筒刷式陰極包括不銹鋼圓筒、膠棉套、導(dǎo)電部分、導(dǎo)液部分、塑料手柄。裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，便攜，且操作靈活等特點，應(yīng)用該方法及裝置進行微弧氧化處理，易于以連續(xù)的方式實現(xiàn)對大體積大面積工件或難拆卸設(shè)備表面的微弧氧化處理，以及對其中局部破損區(qū)域的快速修復(fù)，有利于節(jié)約資源、降低成本、提高效率。本發(fā)明涉尤其適合于由鎂、鋁、鈦及其合金制造的工件的微弧氧化處理。
文檔編號C25D11/02GK103184498SQ20131007412
公開日2013年7月3日 申請日期2013年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月8日
發(fā)明者莫錦添, 張永君, 李愛紅 申請人:華南理工大學(xué)