CN101280416B - 在钢/铝复合管材表面制备α-Al2O3涂层的等离子氧化装置 - Google Patents
在钢/铝复合管材表面制备α-Al2O3涂层的等离子氧化装置 Download PDFInfo
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Abstract
一种在钢/铝复合管材表面制备α-Al2O3涂层的等离子氧化装置，属等离子氧化装置。本装置为可控温、脉冲等离子氧化装置，包括温度传感器(1)，炉腔体(2)，阳极(3)，阴极(5)，数字信号处理器(6)，电源(7)，真空泵(8)，计算机(9)，氧气罐(10)，氩气罐(11)的单阴极等离子氧化装置，或还包括源极(12)的多阴极等离子氧化装置。利用本装置能实现在低于600℃温度下，在管径φ5～φ200mm，长度5mm～5000mm的范围内，在钢/铝复合管材表面制备出涂层致密均匀，保证管椭圆度的α-Al2O3涂层。
Description
技术领域：
一种在钢/铝复合管材表面制备α-Al2O3涂层的等离子氧化装置，适用于钢材表面制备阻氢及氢同位素涂层以及耐磨耐蚀涂层的等离子氧化装置。
背景技术：
α-Al2O3是热力学上稳定的Al2O3相。它具有很多优良的性能，如具有高的强度、硬度、耐磨性、耐蚀性等性能。且阻氢及氢同位素渗透性能优异，可作为各种包层材料。在管材内外表面制备α-Al2O3涂层一般分为直接沉积Al2O3涂层和先制备铝层后氧化处理两类方法。常用的方法有MOCVD方法和热浸铝并进行热氧化处理法。此类方法在处理直径较大或者内径细小的管材较困难，很难保证管材的椭圆度，且制备温度较高。
发明内容：
本发明的目的在于，研制一种在钢/铝复合管材表面制备α-Al2O3涂层的等离子氧化装置。实现在低于600℃的温度下，在管径Φ5mm～Φ200mm，长度5mm～5000mm范围内，利用本装置在钢/铝复合管材表面制备出涂层致密均匀，保证管材椭圆度的α-Al2O3涂层。
本发明的装置为：可控温、脉冲等离子氧化装置，包括单阴极等离子氧化装置或多阴极等离子氧化装置两种结构：
1.一种在钢/铝复合管材表面制备α-Al2O3涂层的等离子氧化装置，其特征在于，包括3～5个温度传感器，炉腔体，阳极，阴极，数字信号处理器，电源，真空泵，计算机，氧气罐，氩气罐。其中3～5个温度传感器，阳极，阴极均置于炉腔体内，3～5个温度传感器分别均分地安装在工件的上、中、下段，连于数字信号处理器的输入端，工件悬挂于炉腔体内，通过支架固定在阴极上，阳极与电源的正极相连，阴极于电源负极相连，数字信号处理器的输出与计算机相连，真空泵通过管道与炉腔体相通，氧气罐和氩气灌分别通过管道与炉腔体相通。
2.一种在钢/铝复合管材表面制备α-Al2O3涂层的等离子氧化装置，其特征在于，包括3～5个温度传感器，炉腔体，阳极，阴极，数字信号处理器，电源，真空泵，计算机，氧气罐，氩气罐，源极。其中3～5个温度传感器，阳极，阴极，源极均置于炉腔体内，3～5个温度传感器分别均分地安装在工件的上、中、下段，连于数字信号处理器的输入端，工件悬挂于炉腔体内，通过支架固定在阴极上，阳极同时与两个电源的正极相连，阴极连于两个电源中的第一个负极，源极连于两个电源中的第二个负极，数字信号处理器的输出与计算机相连，真空泵通过管道与炉腔体相通，氧气罐和氩气灌分别通过管道与炉腔体相通。
本发明装置的工作原理和工作过程：
1.单阴极离子氧化装置
单阴极等离子氧化装置，利用等离子氧化技术，使得氧离子在空间运动自由程相应增加，到达工件表面的离子能量损失减小，同时由于离子轰击对氧的离化加剧，造成很高的氧势，使大量的氧原子吸附在涂层的活性表面上继而向内扩散形成较厚的渗层。
本发明的装置实施过程如下：将获得的铝镀层、渗层、膜、箔、材等的管材采取悬挂方式固定在阴极上，放置于炉腔内，利用真空泵抽真空达10-3Pa后，充入氩气。打开电源，在工件和阳极之间加入加热电压，通过温度传感器和数字信号处理器控制温度在100～600℃范围内，通入氧气，保温1～6小时，然后降到室温，出炉取出管材。可获得表面为α-Al2O3涂层的管材。
2.多阴极等离子氧化装置
多阴极等离子氧化装置在具备单阴极等离子氧化优点的同时，增加一个源极，在氧化的时候提供铝源材，使其向工件表面溅射扩散，增加了制备涂层的厚度。其制备温度相比单阴极氧化装置较高。
本发明的装置实施过程如下：将获得的铝镀层、渗层、膜、箔、材等的管材采取悬挂方式固定在阴极上，将铝源极固定在源极上，放置于炉腔内，利用真空泵抽真空达10-3Pa后，充入氩气。打开电源，首先在阴极和阳极之间加入加热电压预热半小时，然后源极和阳极之间加入电压，在通过温度传感器和数字信号处理器控制温度在100～600℃范围内，通入氧气，保温1～6小时，然后降到室温，出炉取出管材。可获得表面为α-Al2O3涂层的管材。
本发明的优点：
1.在管材表面获得铝镀层、渗层、膜、箔、材等皆可在该装置上制备出α-Al2O3；
2.该装置可在低于600度的温度下制备α-Al2O3涂层，管材变形小，3小时氧化涂层厚度可到20μm；
3.在复合管表面原位氧化制备Al2O3涂层，可以保证涂层与基体有很好的结合性能；
4可制备管径Φ5～Φ200mm，长度5mm～5000mm的管材；
5采用悬挂方式布局处理，可以保证管材的椭圆度；
6由于材料处于离子化的气氛中，能量分布均匀，可以保证制备出的氧化物涂层均匀；
7可进行分段控温，可以保证受热均匀。不同段管材厚度差不超过5％。
附图说明
图1单阴极等离子氧化装置示意图
图2多阴极等离子氧化装置示意图
图1和图2中的标号名称：1.3～5个温度传感器，2.炉腔体，3.阳极，4.工件，5.阴极，6.数字信号处理器，7.电源，8.真空泵，9.计算机，10.氧气罐，11.氩气罐，12.源极。
具体实施方式：
实例1
附图1为本发明单阴极离子氧化装置结构图
本发明的装置实施例子如下：如附图1所示，将获得的铝镀层、渗层、膜、箔、材等的管材采取悬挂方式固定在阴极5上，放置于炉腔2内，利用真空泵8抽真空达10-3Pa后，打开氩气罐11充入氩气。打开电源7，在工件4和阳极3之间加入加热电压，通过温度传感器1和数字信号处理器6控制温度在100～600℃范围内，打开氧气罐10通入氧气，保温1～6小时，然后降到室温，出炉取出管材。可获得表面为α-Al2O3涂层的管材。
实例2
附图2为本发明多阴极等离子氧化装置结构图
本发明的装置实施例子如下：如附图2所示，将获得的铝镀层、渗层、膜、箔、材等的管材采取悬挂方式固定在阴极5上，将铝源材固定在源极12上，放置于炉腔2内，利用真空泵8抽真空达10-3Pa后，打开氩气罐11充入氩气。打开电源7，首先在阴极4和阳极3之间加入加热电压预热半小时，然后源极12和阳极3之间加入电压，在通过温度传感器1和数字信号处理器6控制温度在100～600℃范围内，打开氧气罐10通入氧气，保温1～6小时，然后降到室温，出炉取出管材。可获得表面为α-Al2O3涂层的管材。
Claims (2)
1.一种在钢/铝复合管材表面制备α-Al2O3涂层的等离子氧化装置，其特征在于，包括3～5个温度传感器(1)，炉腔体(2)，阳极(3)，阴极(5)，数字信号处理器(6)，电源(7)，真空泵(8)，计算机(9)，氧气罐(10)，氩气罐(11)，其中3～5个温度传感器(1)，阳极(3)，阴极(5)均置于炉腔体内，3～5个温度传感器(1)分别均分地安装在工件(4)的上、中、下段，连于数字信号处理器(6)的输入端，工件(4)悬挂于炉腔体(2)内，通过支架固定在阴极(5)上，阳极(3)与电源(7)的正极相连，阴极(5)于电源(7)负极相连，数字信号处理器(6)的输出与计算机(9)相连，真空泵(8)通过管道与炉腔体(2)相通，氧气罐(10)和氩气灌(11)分别通过管道与炉腔体(2)相通。
2.一种在钢/铝复合管材表面制备α-Al2O3涂层的等离子氧化装置，其特征在于，包括3～5个温度传感器(1)，炉腔体(2)，阳极(3)，阴极(5)，数字信号处理器(6)，电源(7)，真空泵(8)，计算机(9)，氧气罐(10)，氩气罐(11)，源极(12)，其中3～5个温度传感器(1)，阳极(3)，阴极(5)，源极(12)均置于炉腔体内，3～5个温度传感器(1)分别均分地安装在工件(4)的上、中、下段，连于数字信号处理器(6)的输入端，工件(4)悬挂于炉腔体(2)内，通过支架固定在阴极(5)上，阳极(3)同时与两个电源(7)的正极相连，阴极(5)连于两个电源(7)中的第一个负极，源极(12)连于两个电源(7)中的第二个负极，数字信号处理器(6)的输出与计算机(9)相连，真空泵(8)通过管道与炉腔体(2)相通，氧气罐(10)和氩气灌(11)分别通过管道与炉腔体(2)相通。
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