CN107447243B - 一种用于金属微弧氧化单向表面改性的装置 - Google Patents

一种用于金属微弧氧化单向表面改性的装置 Download PDF

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Abstract

本发明为一种用于金属微弧氧化单向表面改性的装置及使用方法。该装置由紧固螺栓、绝缘压圈、橡胶密封圈、试样、导电垫块、不锈钢屏蔽框、绝缘塑料外框、导电螺栓及其绝缘包套、以及连接微弧氧化电源的阳极线路构成。本发明的有益效果是：1.该装置密封性好，可以实现试样、工件的单向表面改性，以解决因材料性能需求限制需进行局部表面改性等问题。2.该装置中不锈钢屏蔽框可以屏蔽电力线的干扰，可以保证实验精度。3.该装置可以通过调节置换不同厚度的导电垫块以适用于不同厚度的试样。4.该装置结构简单，制作容易，精度高、可靠性强等特点。十分适合各类试样的微弧氧化单向表面改性。

Description

一种用于金属微弧氧化单向表面改性的装置
技术领域
本发明涉及微弧氧化技术表面改性领域，具体涉及一种用于金属微弧氧化单向表面改性的装置。
背景技术
微弧氧化技术是近年来在国内兴起的一种新型的金属表面处理技术，其原理是通过脉冲电参数和电解液的匹配调整，在铝、镁、钛等轻合金的表面用等离子体化学和电化学原理产生微区弧光放电现象进而在金属表面原位生长出一层陶瓷层，使材料具有更加广泛的物理化学特性以适应现代工业对材料提出的更高的要求。
微弧氧化改性过程中需要将整块试样浸入溶液中，而一些材料由于其特有结构，只需对其单表面进行改性，其它部位与溶液接触将造成腐蚀或改变其性能。
发明内容
本发明的目的在于解决因材料性能要求限制，须进行局部表面改性等问题，提供一种用于金属微弧氧化单向表面改性的装置及其使用方法。其结构简单，制作容易，精度高、可靠性强等特点。十分适合各类试样的微弧氧化单向表面改性。
本发明解决上述技术问题的技术方案为：
一种用于金属微弧氧化单向表面改性的装置，该装置由n个紧固螺栓1、n个绝缘压圈 2、n个橡胶密封圈3、试样4、导电垫块5、不锈钢屏蔽框6、绝缘塑料外框7、导电螺栓8、导电螺栓绝缘包套9、以及连接微弧氧化电源的阳极线路10组装构成；
组装后，所述n个紧固螺栓1中任意一个紧固螺栓均贯穿其相对应的绝缘压圈且伸入绝缘外框7中，所述不锈钢屏蔽框6位于导电垫块和绝缘塑料外框7所构成的空间内并与二者紧密接触；
组装后，所述导电螺栓外包覆有绝缘包套9；从底部贯穿绝缘塑料外框7、不锈钢屏蔽框6并嵌入导电垫块5所预留的孔隙内；所述导电螺栓上还连有连接微弧氧化电源的阳极线路10；
组装后，假设沿A面切剖装置，得到剖面B，所述A面沿垂直于绝缘塑料外框7的底面且过2个绝缘压圈；沿垂直于剖面B的方向做投影，得到投影图，投影图上，单个绝缘压圈呈“台阶”型，单个橡胶密封圈呈倒“凸”型；
定义：所述投影图上不锈钢屏蔽框6的底部到绝缘塑料外框7顶部所在平面的距离为L、所述投影图上不锈钢屏蔽框6的底部到不锈钢屏蔽框6顶部所在平面的距离为P；
定义导电垫块的高为H；所述H小于P、且P小于L；定义单个橡胶密封圈凸出部位的高为 E、倒“凸”型的总高为F；则E+P＝L；定义单个“台阶”的长为M、总高为Q、台阶面的长为R、第一阶梯高S、第二阶梯高为T、第二阶梯的长为U，则S+T＝Q、R+U＝M；定义绝缘塑料外框7顶部的宽为V、定义单个“凸”型的台沿为W，则U+W＝V；定义单个“凸”型底部的长为X，则X＝R。
本发明一种用于金属微弧氧化单向表面改性的装置，组装后，试样4通过导电垫块5、橡胶密封圈固定。
本发明一种用于金属微弧氧化单向表面改性的装置，所述n选自3-8中任意一整数；优选为6或4。
本发明一种用于金属微弧氧化单向表面改性的装置，所述投影图上，定义单个“凸”型的顶部的宽为Y，其宽度与不锈钢屏蔽框6顶部的宽一致。
本发明一种用于金属微弧氧化单向表面改性的装置，所述投影图上，“凸”型的凸出部分的高E等于L-P。
所述紧固螺栓采用M8规格直径为8mm螺栓，导电螺栓采用M10规格直径为10mm螺栓。所述绝缘压圈外径为210mm，内径为150mm，在绝缘压圈上钻四个均匀对称的直径为 9mm的螺栓通孔。所述绝缘塑料外框外径为210mm，内径为170mm，在与绝缘压圈上螺栓通孔相对应位置钻M8规格螺纹孔，在底部中心位置钻11mm的螺栓通孔。所述不锈钢屏蔽框外径为170mm，内径为160mm，在底部中心位置钻M10规格螺纹孔。所述橡胶密封圈为外径为180mm，内径为150mm。
所述试样置于导电垫块上，在不锈钢屏蔽框和试样边缘套上橡胶密封圈；绝缘压圈与绝缘塑料外框用四个紧固螺栓将二者连接、紧固。
所述微弧氧化电源阳极线路与导电螺栓连接。
用于金属微弧氧化单向表面改性的装置使用方法，包括如下步骤：
步骤1：整体装置装备好后，将试样置于导电垫块上，再在不锈钢屏蔽框和试样边缘套上橡胶密封圈。
步骤2：将绝缘压圈上螺栓通孔和绝缘塑料外框螺纹孔对其，拧紧紧固螺栓使密封橡胶圈与试样紧密接触。
步骤3：根据试样厚度，可置换不同厚度的导电垫块，以满足实验要求。
步骤4：在导电螺栓处连接好微弧氧化电源阳极线路。
步骤5：将安装好试样的装置置于电解槽中，使试样表面完全置于电解液内，并调节好合适的深度，使试样与电解液面保持平行。
步骤6：根据预先选定的参数，设置好实验参数和实验条件，接通电源进行微弧氧化处理。
本发明的有益效果是：
1.本发明首次采用整体具有带外沿的橡胶密倒“凸”封圈，通过其与紧固螺栓以及导电垫块、不锈钢屏蔽框的精密配合，实现了该装置的完美密封，进而可以实现试样、工件的单向表面改性，以解决因材料性能需求限制需进行局部表面改性等问题。
2.该装置中不锈钢屏蔽框可以屏蔽电力线的干扰，可以保证实验精度。
3.该装置可以通过调节置换不同厚度的导电垫块适用于不同厚度的试样。
4.该装置结构简单，制作容易，精度高、可靠性强等特点。十分适合各类试样的微弧氧化单向表面改性。
附图说明
图1是本发明用于金属微弧氧化单向表面改性装置的结构示意图。
图2为投影图的简图；
图3为部分投影图的简图；
图中：1紧固螺栓、2绝缘压圈、3橡胶密封圈、4试样、5导电垫块、6不锈钢屏蔽框、 7绝缘塑料外框、8导电螺栓、9绝缘包套、10连接电源线路。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明一种用于金属微弧氧化单向表面改性的装置及使用方法作进一步的说明。
用于金属微弧氧化单向表面改性装置剖面图的结构如图1所示。
定义：所述投影图上不锈钢屏蔽框6的底部到绝缘塑料外框7顶部所在平面的距离为L、所述投影图上不锈钢屏蔽框6的底部到不锈钢屏蔽框6顶部所在平面的距离为P；
定义导电垫块的高为H；所述H小于P、且P小于L；定义单个橡胶密封圈凸出部位的高为 E、倒“凸”型的总高为F；则E+P＝L；定义单个“台阶”的长为M、总高为Q、台阶面的长为R、第一阶梯高S、第二阶梯高为T、第二阶梯的长为U，则S+T＝Q、R+U＝M；定义绝缘塑料外框7顶部的宽为V、定义单个“凸”型的台沿为W，则U+W＝V；定义单个“凸”型底部的长为X，则X＝R。具体见图2、图3.
本实施例中所述n选为6。
本实施例中所设计的用于金属微弧氧化单向表面改性的装置的投影图上，定义单个“凸”型的顶部的宽为Y，其宽度与不锈钢屏蔽框6顶部的宽一致。
本实施例中所设计的用于金属微弧氧化单向表面改性的装置的投影图上，“凸”型的凸出部分的高E等于L-P。
一种用于微弧氧化单向表面改性的装置，该装置由紧固螺栓1、绝缘压圈2、橡胶密封圈3、试样4、导电垫块5、不锈钢屏蔽框6、绝缘塑料外框7、导电螺栓8及其绝缘包套9、以及连接微弧氧化电源的阳极线路10构成。所述紧固螺栓1采用M8规格直径为8mm螺栓，导电螺栓8采用M10规格直径为10mm螺栓。所述绝缘压圈2外径为210mm，内径为150mm，在绝缘压圈2上钻四个均匀对称的直径为9mm的螺栓通孔。所述绝缘塑料外框7外径为210mm，内径为170mm，在与绝缘压圈2上螺栓通孔相对应位置钻M8规格螺纹孔，在底部中心位置钻11mm的螺栓通孔。所述不锈钢屏蔽框6外径为170mm，内径为160mm，在底部中心位置钻M10规格螺纹孔。所述橡胶密封圈3为外径为180mm，内径为150mm。
所述试样4置于导电垫块5上，在不锈钢屏蔽框6和试样4边缘套上橡胶密封圈3；绝缘压圈2与绝缘塑料外框7用四个紧固螺栓1将二者连接、紧固。
所述微弧氧化电源阳极线路10与导电螺栓8连接。
2、用于金属微弧氧化单向表面改性的装置使用方法，包括如下步骤：
步骤1：整体装置装备好后，将试样4置于导电垫块5上，再在不锈钢屏蔽框6和试样4边缘套上橡胶密封圈3。
步骤2：将绝缘压圈3上螺栓通孔和绝缘塑料外框7螺纹孔对其，拧紧紧固螺栓1使密封橡胶圈3与试样4紧密接触。
步骤3：根据试样厚度，可置换不同厚度的导电垫块5，以满足实验要求。
步骤4：在导电螺栓8处连接好微弧氧化电源阳极线路10。
步骤5：将安装好试样的装置置于电解槽中，使试样表面完全置于电解液内，并调节好合适的深度，使试样与电解液面保持平行。
步骤6：根据预先选定的参数，设置好实验参数和实验条件，接通电源进行微弧氧化处理。
应用实施例
2A12铝合金的微弧氧化处理：
本实例中，试样为直径φ＝155mm、厚度h＝4mm的2A12圆板，将试样置于导电垫块上，再在不锈钢屏蔽框和试样边缘套上橡胶密封圈，将绝缘压圈上螺栓通孔和绝缘塑料外框螺纹孔对其，拧紧紧固螺栓使密封橡胶圈与试样紧密接触。将安装好试样的装置置于电解槽中，使试样表面完全置于电解液内并与电解液面保持平行，阳极线路连接微弧氧化阳极，接通电源。本实例中，电解液采用Na2SiO3+KOH溶液体系，其浓度为Na2SiO3：20g/L和KOH：4g/L。微弧氧化的工艺参数为：恒电流模式、电流密度20A/dm2、频率500Hz、占空比15％和时间30min。微弧氧化过程中电流稳定、火花均匀。微弧氧化表面改性结束后取出试样，观察发现试样与溶液接触正面生成膜层厚度均匀、致密，反面无任何变化，成功实现微弧氧化单向表面改性。

Claims (6)

1.一种用于金属微弧氧化单向表面改性的装置，其特征在于：所述装置由n个紧固螺栓（1）、n个绝缘压圈（2）、n个橡胶密封圈（3）、试样（4）、导电垫块（5）、不锈钢屏蔽框（6）、绝缘塑料外框（7）、导电螺栓（8）、导电螺栓绝缘包套（9）、以及连接微弧氧化电源的阳极线路（10）组装构成；
组装后，所述n个紧固螺栓（1）中任意一个紧固螺栓均贯穿其相对应的绝缘压圈且伸入绝缘外框（7）中，所述不锈钢屏蔽框（6）位于导电垫块和绝缘塑料外框（7）所构成的空间内并与二者紧密接触；
组装后，所述导电螺栓外包覆有绝缘包套（9）；从底部贯穿绝缘塑料外框（7）、不锈钢屏蔽框（6）并嵌入导电垫块（5）所预留的孔隙内；所述导电螺栓上还连有连接微弧氧化电源的阳极线路（10）；
组装后，沿A面切剖装置，得到剖面B，所述A面沿垂直于绝缘塑料外框（7）的底面且过2个绝缘压圈；沿垂直于剖面B的方向做投影，得到投影图，投影图上，单个绝缘压圈呈“台阶”型，单个橡胶密封圈呈倒“凸”型；
定义：所述投影图上不锈钢屏蔽框（6）的底部到绝缘塑料外框（7）顶部所在平面的距离为L、所述投影图上不锈钢屏蔽框（6）的底部到不锈钢屏蔽框（6）顶部所在平面的距离为P；定义导电垫块的高为H；所述H小于P、且P小于L；定义单个橡胶密封圈凸出部位的高为E、倒“凸”型的总高为F；则E+P=L；定义单个绝缘压圈“台阶”的长为M、总高为Q、台阶面的长为R、第一阶梯高S、第二阶梯高为T、第二阶梯的长为U，则S+T=Q、R+U=M；定义绝缘塑料外框（7）顶部的宽为V、定义单个橡胶密封圈“凸”型的台沿的宽为W，则U+W=V；定义单个橡胶密封圈“凸”型底部的长为X，则X=R。
2.根据权利要求1所述的一种用于金属微弧氧化单向表面改性的装置，其特征在于：组装后，试样（4）通过导电垫块（5）、橡胶密封圈固定。
3.根据权利要求1所述的一种用于金属微弧氧化单向表面改性的装置，其特征在于：所述n选自3-8中任意一整数。
4.根据权利要求1所述的一种用于金属微弧氧化单向表面改性的装置，其特征在于：所述n为6或4。
5.根据权利要求1所述的一种用于金属微弧氧化单向表面改性的装置，其特征在于：所述投影图上，定义单个橡胶密封圈“凸”型的顶部的宽为Y，其宽度与不锈钢屏蔽框（6）顶部的宽一致。
6.根据权利要求1所述的一种用于金属微弧氧化单向表面改性的装置，其特征在于：
所述紧固螺栓采用M8规格直径为8mm螺栓，导电螺栓采用M10规格直径为10mm螺栓；
所述绝缘压圈外径为210mm，内径为150mm，在绝缘压圈上钻四个均匀对称的直径为9mm的螺栓通孔；
所述绝缘塑料外框外径为210mm，内径为170mm，在与绝缘压圈上螺栓通孔相对应位置钻M8规格螺纹孔，在底部中心位置钻11mm的螺栓通孔；
所述不锈钢屏蔽框外径为170mm，内径为160mm，在底部中心位置钻M10规格螺纹孔；所述橡胶密封圈为外径为180mm，内径为150mm。
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