輕合金表面微弧氧化處理工作電流調(diào)節(jié)裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供的輕合金表面微弧氧化處理工作電流調(diào)節(jié)裝置，包括外側(cè)格柵、內(nèi)側(cè)格柵以及使外側(cè)格柵與內(nèi)側(cè)格柵相互運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)控制裝置；外側(cè)格柵、內(nèi)側(cè)格柵有兩種類(lèi)型，適合于平面、圓柱面、圓柱孔等形狀輕合金材料表面微弧氧化處理；外側(cè)及內(nèi)側(cè)格柵上均布相同大小及數(shù)量的通孔形成電解液帶點(diǎn)離子遷移通道；在自動(dòng)控制系統(tǒng)作用下，所述外側(cè)與內(nèi)側(cè)格柵可產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，改變格柵通孔面積，使單位時(shí)間通過(guò)遷移通道的帶電離子相對(duì)減少（或增大），達(dá)到微弧氧化工作電流調(diào)節(jié)的作用。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)；可有效減小微弧氧化處理過(guò)程中陰極和陽(yáng)極間的距離，實(shí)現(xiàn)對(duì)輕合金工件上較小孔的內(nèi)表面進(jìn)行微弧氧化處理。
【專(zhuān)利說(shuō)明】輕合金表面微弧氧化處理工作電流調(diào)節(jié)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及輕金屬及其合金材料表面微弧氧化(Micro-arc Oxidation)處理,特別是涉及微弧氧化處理工作電流調(diào)節(jié)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]微弧氧化技術(shù)又稱微等離子體氧化或陽(yáng)極火花沉積技術(shù)，適用于鋁、鎂、鈦等輕金屬及其合金表面處理。其基本原理為:鋁、鎂、鈦等輕金屬及其合金由于硬度、耐熱性等物理性能較低，極易磨損，但這些輕金屬的氧化物晶體的硬度、耐熱性等物理性能較高，將輕金屬材料放入特定電解液中，作為陽(yáng)極，陰極通常為不銹鋼電極，在陰極和陽(yáng)極之間施加一定電壓，通常為200伏至400伏，在作為陽(yáng)極的輕金屬材料表面產(chǎn)生微電弧放電現(xiàn)象，微電弧區(qū)可產(chǎn)生瞬間高溫和高壓，將輕合金材料表面金屬氧化，并將輕金屬氧化物燒熔，由于微電弧放電時(shí)間短暫，高溫?zé)鄣难趸镅杆俦浑娊庖航禍啬?，形成具有較高物理性能的陶瓷氧化物晶體顆粒，隨著材料表面不斷產(chǎn)生隨機(jī)微弧放電，陶瓷氧化物顆粒不斷燒熔聯(lián)接，最終在材料表面形成一層致密的陶瓷氧化膜，從而有效改善輕金屬材料表面性能，例如鋁合金表面采用微弧氧化技術(shù)生成的陶瓷氧化膜顯微硬度可達(dá)HV3000，且氧化膜與機(jī)體結(jié)合力強(qiáng)，使鋁合金表面耐磨損、耐腐蝕、耐熱沖擊性能得到提高。
[0003]微弧氧化技術(shù)的難點(diǎn)在于有效控制微弧放電時(shí)的工作電流，工作電流太小，微弧放電能量較小，達(dá)不到陶瓷氧化物顆粒熔化所需溫度，無(wú)法形成氧化膜；工作電流過(guò)大，微弧放電能量較大，陶瓷氧化物熔化后在過(guò)強(qiáng)的等離子體放電作用下會(huì)產(chǎn)生飛濺，也無(wú)法形成氧化膜。目前采用的電流調(diào)節(jié)方法是改進(jìn)微弧氧化電源設(shè)備，采用脈沖電源技術(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)占空比來(lái)調(diào)節(jié)單位時(shí)間內(nèi)陰、陽(yáng)極間的有效電流大小。這種方法一方面由于大功率脈沖電源制造成本高，限制了微弧氧化技術(shù)的普及；另一方面，這種方法只改變了單位時(shí)間內(nèi)陰、陽(yáng)極間的有效電流大小(一個(gè)脈沖周期內(nèi)的平均電流值)，而微電弧放電過(guò)程基本是瞬時(shí)(小于脈沖周期)完成，對(duì)瞬時(shí)微弧放電電流還是無(wú)法有效控制；特別是對(duì)孔內(nèi)壁進(jìn)行微弧氧化處理時(shí)，由于電極間距離較近，在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，電解液中帶電離子遷移效率高，導(dǎo)致工作電流過(guò)大，嚴(yán)重影響氧化膜成膜質(zhì)量。
[0004]鑒于以上情況，有必要設(shè)計(jì)發(fā)明一種電流調(diào)節(jié)裝置，能夠有效、方便地調(diào)節(jié)微弧氧化處理工作電流，保障微弧氧化陶瓷膜的成膜質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種輕合金表面微弧氧化處理工作電流調(diào)節(jié)裝置，該裝置能夠有效、方便地調(diào)節(jié)微弧氧化處理過(guò)程中的工作電流，控制微弧放電的能量強(qiáng)度，保障微弧氧化陶瓷膜的成膜質(zhì)量。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用以下的技術(shù)方案:
[0007]本發(fā)明提供的輕合金表面微弧氧化處理工作電流調(diào)節(jié)裝置，包括格柵結(jié)構(gòu)和自動(dòng)控制系統(tǒng)，其中:格柵結(jié)構(gòu)設(shè)有調(diào)節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和由絕緣材料制造的內(nèi)、外側(cè)格柵；內(nèi)側(cè)格柵與外側(cè)格柵緊密貼合；內(nèi)側(cè)格柵上安裝調(diào)節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，在調(diào)節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)作用下，內(nèi)側(cè)格柵可與外側(cè)格柵發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)；調(diào)節(jié)裝置通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪與步進(jìn)電機(jī)相連，由步進(jìn)電機(jī)提供動(dòng)力；所述自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)有電流測(cè)量模塊、單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪，電流測(cè)量模塊測(cè)量電流強(qiáng)度并將數(shù)據(jù)傳送到單片機(jī)，單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪將動(dòng)力傳送到調(diào)節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
[0008]所述調(diào)節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括傳動(dòng)齒輪和調(diào)節(jié)螺栓；傳動(dòng)齒輪安裝在調(diào)節(jié)螺栓上，與電極驅(qū)動(dòng)齒輪嚙合；調(diào)節(jié)螺栓安裝在格柵結(jié)構(gòu)上，該調(diào)節(jié)螺栓穿過(guò)外側(cè)格柵的通孔與內(nèi)側(cè)格柵的螺紋孔以螺紋副形式聯(lián)接，或者該調(diào)節(jié)螺栓穿過(guò)內(nèi)側(cè)格柵的通孔與外側(cè)格柵的螺紋孔以螺紋副形式聯(lián)接。
[0009]所述的格柵結(jié)構(gòu)可以為平板形格柵結(jié)構(gòu)，其內(nèi)側(cè)格柵、外側(cè)格柵緊密貼合，在此內(nèi)、外側(cè)格柵的相同部位上開(kāi)有數(shù)量、大小均相同的通孔，形成帶電離子遷移通道，該通孔為圓孔、方形孔或橢圓形孔。
[0010]所述的格柵結(jié)構(gòu)可以為圓環(huán)形格柵結(jié)構(gòu)，內(nèi)側(cè)格柵上安裝傳動(dòng)齒輪，其內(nèi)側(cè)格柵、外側(cè)格柵緊密貼合，在此內(nèi)、外側(cè)格柵的相同部位上開(kāi)有數(shù)量、大小均相同的通孔，形成帶電離子遷移通道，該通孔為圓孔、方形孔或橢圓形孔。
[0011]本發(fā)明提供的輕合金表面微弧氧化處理工作電流調(diào)節(jié)裝置，若格柵結(jié)構(gòu)為平板形格柵結(jié)構(gòu)，則該裝置用于對(duì)平板形狀輕金屬材料進(jìn)行微弧氧化處理。
[0012]本發(fā)明可以采用以下方法對(duì)平板形狀輕金屬材料進(jìn)行微弧氧化處理:
[0013]進(jìn)行微弧氧化處理時(shí)，平板形輕金屬材料工件為陽(yáng)極，其為第一微弧氧化工作電極，平板形不銹鋼材料為陰極，其為第二微弧氧化工作電極；
[0014]所述格柵結(jié)構(gòu)可以將微弧氧化電解池隔離為兩部分，電解液只能通過(guò)格柵結(jié)構(gòu)上的通孔流動(dòng)，形成帶電離子遷移通道；微弧氧化電極分別放置在格柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)；自動(dòng)控制系統(tǒng)中的電流測(cè)量模塊實(shí)時(shí)測(cè)量微弧氧化處理過(guò)程中的工作電流值，并將測(cè)量信號(hào)傳輸至單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)輸入的測(cè)量信號(hào)判斷是否調(diào)節(jié)電流，如需調(diào)節(jié)電流，單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)工作，電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪帶動(dòng)調(diào)節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，使內(nèi)、外側(cè)格柵發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，格柵上的通孔錯(cuò)移，帶電離子遷移通道的截面積發(fā)生改變；通道截面積增大，電解液中帶電離子遷移流量增大；通道截面積減小，電解液中帶電離子遷移流量減?。蛔詣?dòng)控制系統(tǒng)在微弧氧化過(guò)程中不斷測(cè)量實(shí)際工作電流，實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)格柵運(yùn)動(dòng)，保證微弧氧化工作電流始終保持在設(shè)定的電流值范圍內(nèi)。
[0015]本發(fā)明提供的輕合金表面微弧氧化處理工作電流調(diào)節(jié)裝置，若格柵結(jié)構(gòu)為圓環(huán)形格柵結(jié)構(gòu)，則該裝置用于對(duì)圓柱形狀或孔形狀輕金屬材料表面進(jìn)行微弧氧化處理。
[0016]本發(fā)明可以采用以下方法對(duì)輕金屬材料工件的孔形內(nèi)表面進(jìn)行微弧氧化處理:
[0017]處理輕金屬材料工件孔形內(nèi)表面時(shí)，工件作為孔形微弧氧化工作電極，不銹鋼材料作為圓柱形微弧氧化工作電極；格柵結(jié)構(gòu)將被加工孔內(nèi)空間分隔為兩部分，孔形微弧氧化工作電極為陽(yáng)極、圓柱形微弧氧化工作電極為陰極分別處于被分隔的兩部分空間；
[0018]外側(cè)格柵設(shè)有孔徑定位臺(tái)階，使外側(cè)格柵在被處理孔形工件上定位；內(nèi)側(cè)格柵與外側(cè)格柵的通孔形成帶電離子遷移通道；
[0019]在微弧氧化處理過(guò)程中，自動(dòng)控制系統(tǒng)中的電流測(cè)量模塊實(shí)時(shí)測(cè)量微弧氧化處理過(guò)程中的工作電流值，并將測(cè)量信號(hào)傳輸至單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)輸入的測(cè)量信號(hào)判斷是否調(diào)節(jié)電流，如需調(diào)節(jié)電流，單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)工作，電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪和傳動(dòng)齒輪嚙合，帶動(dòng)內(nèi)側(cè)格柵繞回轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，使內(nèi)、外側(cè)格柵發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，格柵上的通孔錯(cuò)移，帶電離子遷移通道的截面積發(fā)生改變；通道截面積增大，電解液中帶電離子遷移流量增大；通道截面積減小，電解液中帶電離子遷移流量減??；自動(dòng)控制系統(tǒng)在微弧氧化過(guò)程中不斷測(cè)量實(shí)際工作電流，實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)格柵運(yùn)動(dòng)，保證微弧氧化工作電流始終保持在設(shè)定的電流值范圍內(nèi)。
[0020]本發(fā)明可以采用以下方法對(duì)輕金屬材料工件的圓柱形外表面進(jìn)行微弧氧化處理:
[0021]處理輕金屬材料工件圓柱形內(nèi)表面時(shí)，不銹鋼材料作為孔形微弧氧化工作電極，輕金屬材料工件作為圓柱形微弧氧化工作電極；格柵結(jié)構(gòu)將被加工孔內(nèi)空間分隔為兩部分，孔形微弧氧化工作電極為陽(yáng)極、圓柱形微弧氧化工作電極為陰極分別處于被分隔的兩部分空間；
[0022]外側(cè)格柵設(shè)有孔徑定位臺(tái)階，使外側(cè)格柵在被處理孔形工件上定位；內(nèi)側(cè)格柵與外側(cè)格柵的通孔形成帶電離子遷移通道；
[0023]在微弧氧化處理過(guò)程中，自動(dòng)控制系統(tǒng)中的電流測(cè)量模塊實(shí)時(shí)測(cè)量微弧氧化處理過(guò)程中的工作電流值，并將測(cè)量信號(hào)傳輸至單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)輸入的測(cè)量信號(hào)判斷是否調(diào)節(jié)電流，如需調(diào)節(jié)電流，單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)工作，電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪和傳動(dòng)齒輪嚙合，帶動(dòng)內(nèi)側(cè)格柵繞回轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，使內(nèi)、外側(cè)格柵發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，格柵上的通孔錯(cuò)移，帶電離子遷移通道的截面積發(fā)生改變；通道截面積增大，電解液中帶電離子遷移流量增大；通道截面積減小，電解液中帶電離子遷移流量減?。蛔詣?dòng)控制系統(tǒng)在微弧氧化過(guò)程中不斷測(cè)量實(shí)際工作電流，實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)格柵運(yùn)動(dòng)，保證微弧氧化工作電流始終保持在設(shè)定的電流值范圍內(nèi)。
[0024]本發(fā)明根據(jù)電解液的導(dǎo)電原理，采用機(jī)械方式控制電解液中電流的強(qiáng)度。電解液的導(dǎo)電原理如下:在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，電解液中的帶電離子的向電極方向遷移形成電流。根據(jù)歐姆定律，電解液中電流強(qiáng)度的大小與該電解液的電導(dǎo)率成正比。而電解液的電導(dǎo)率除與該電解液中電解質(zhì)化學(xué)參數(shù)相關(guān)，還與電解液的體積大小密切相關(guān)。本技術(shù)方案采用建立電解液流通通道，通過(guò)控制通道截面積變化來(lái)控制通道內(nèi)電解液的體積變化，從而控制電解液的電導(dǎo)率變化，達(dá)到控制電解液中電流強(qiáng)度變化的目的。本技術(shù)方案使用成本低廉，具有足夠強(qiáng)度且電絕緣性能良好的陶瓷或玻璃材料，制成內(nèi)側(cè)和外側(cè)格柵，內(nèi)側(cè)和外側(cè)格柵上具有相同相同大小及數(shù)量的通孔；內(nèi)側(cè)和外側(cè)格柵將電解池分為兩部分，陰極、陽(yáng)極電極分別處于格柵兩側(cè)；當(dāng)內(nèi)側(cè)和外側(cè)格柵上的通孔重合時(shí)，格柵兩側(cè)的電解液可以流通，由于格柵是絕緣材料制造，帶電離子只能通過(guò)格柵上的孔形成的遷移通道進(jìn)行遷移，形成電流；當(dāng)內(nèi)側(cè)格柵與外側(cè)格柵相互運(yùn)動(dòng)時(shí)，格柵上的孔形成的遷移通道截面積發(fā)生改變，使電解液的電導(dǎo)率發(fā)生改變，從而改變電解液中的電流強(qiáng)度。在微弧氧化過(guò)程中，如工作電流過(guò)小，控制內(nèi)側(cè)格柵與外側(cè)格柵相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使遷移通道截面積增大，通過(guò)通道的帶電離子數(shù)量增多，從而使工作電流增大；如工作電流過(guò)大，控制內(nèi)側(cè)格柵與外側(cè)格柵相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使遷移通道截面積減小，通過(guò)通道的帶電離子數(shù)量減少，從而使工作電流減小，達(dá)到調(diào)節(jié)電流的目的。本方案使用機(jī)械方式控制電解液中帶電離子的遷移數(shù)量，達(dá)到控制微弧氧化工作電流的目的。
[0025]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下的主要優(yōu)點(diǎn):
[0026]其一.成本低廉:利用玻璃、陶瓷等價(jià)格低廉的絕緣材料制作電流調(diào)節(jié)裝置，經(jīng)濟(jì)頭惠。
[0027]其二.效果可靠:電流調(diào)節(jié)裝置通過(guò)改變帶電離子遷移通道的截面積來(lái)控制遷移電量，電流調(diào)節(jié)效果可靠，由于控制的是帶電離子遷移的數(shù)量，能有效防止瞬時(shí)放電電流過(guò)大的現(xiàn)象。
[0028]其三.結(jié)實(shí)耐用:電流調(diào)節(jié)裝置為物理絕緣性能良好的玻璃、陶瓷材料制造，在微弧氧化過(guò)程中不發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，堅(jiān)固耐磨損，可重復(fù)使用。
[0029]其四.通用性強(qiáng):電流調(diào)節(jié)裝置不僅適用于采用脈沖電源進(jìn)行微弧氧化處理，也適合于采用交流電源或直流電源進(jìn)行微弧氧化處理。
[0030]其五.適應(yīng)性強(qiáng):電流調(diào)節(jié)裝置的格柵可根據(jù)工件表面外形進(jìn)行制作，適應(yīng)各種較復(fù)雜外形的工件進(jìn)行微弧氧化處理，特別適合小尺寸孔內(nèi)表面進(jìn)行微弧氧化處理。
[0031]其六.自動(dòng)控制，電流調(diào)節(jié)采用自動(dòng)控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)，可實(shí)現(xiàn)微弧氧化處理過(guò)程中工作電流自動(dòng)控制。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0032]圖1為實(shí)施例1所述的輕合金表面微弧氧化處理工作電流調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖2為實(shí)施例2所述的輕合金表面微弧氧化處理工作電流調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖3-圖5分別為平板形格柵結(jié)構(gòu)的外側(cè)格柵的主視圖、左視圖、俯視圖；
[0035]圖6-圖8分別為平板形格柵結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)格柵的主視圖、左視圖、俯視圖；
[0036]圖9為調(diào)節(jié)螺栓3的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖10-圖12分別為圓環(huán)形格柵結(jié)構(gòu)的外側(cè)格柵的主視圖、左視圖、俯視圖；
[0038]圖13-圖14分別為圓環(huán)形格柵結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)格柵的主視圖、俯視圖；
[0039]圖15為平板形格柵結(jié)構(gòu)在微弧氧化處理系統(tǒng)中工作狀態(tài)圖；
[0040]圖16為平板形格柵結(jié)構(gòu)的格柵通孔半開(kāi)狀態(tài)；
[0041]圖17為平板形格柵結(jié)構(gòu)的格柵通孔全開(kāi)狀態(tài)；
[0042]圖18為平板形格柵結(jié)構(gòu)的格柵通孔閉合狀態(tài)；
[0043]圖19為圓環(huán)形格柵結(jié)構(gòu)在微弧氧化處理系統(tǒng)中工作狀態(tài)圖；
[0044]圖20為圓環(huán)形格柵結(jié)構(gòu)的格柵通孔半開(kāi)狀態(tài)；
[0045]圖21為圖20的A-A剖視圖；
[0046]圖22為圓環(huán)形格柵結(jié)構(gòu)的格柵通孔全開(kāi)狀態(tài)；
[0047]圖23為圖22的B-B剖視圖；
[0048]圖24為圓環(huán)形格柵結(jié)構(gòu)的格柵通孔閉合狀態(tài)；
[0049]圖25為圖24的C-C剖視圖。
[0050]圖中:1.第一外側(cè)格柵；2.第一內(nèi)側(cè)格柵；3.調(diào)節(jié)螺栓；4.第一傳動(dòng)齒輪；5.電流測(cè)量模塊；6.單片機(jī)；7.步進(jìn)電機(jī)；8.電機(jī)齒輪；9.第二外側(cè)格柵；10.第二內(nèi)側(cè)格柵；
11.第二傳動(dòng)齒輪；12.微弧氧化處理電源；13.電導(dǎo)線；14.冷卻水管；15.電解液；16.冷卻池；17.水泵；18.循環(huán)水管；19.第一微弧氧化工作電極；20.第二微弧氧化工作電極；21.微弧氧化處理池；22.孔形微弧氧化電極；23.孔徑定位臺(tái)階；24.圓柱形微弧氧化電極。
【具體實(shí)施方式】
[0051]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但并不局限于下面所述內(nèi)容。
[0052]本發(fā)明提供的輕合金表面微弧氧化處理工作電流調(diào)節(jié)裝置，由格柵結(jié)構(gòu)、電流測(cè)量模塊、單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)和齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。其中格柵結(jié)構(gòu)根據(jù)工件外形有兩種，分別為平板形格柵結(jié)構(gòu)和圓環(huán)形格柵結(jié)構(gòu)。
[0053]實(shí)施例1:采用具有平板形格柵結(jié)構(gòu)的輕合金表面微弧氧化處理工作電流調(diào)節(jié)裝
置
[0054]所述平板形格柵結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括第一外側(cè)格柵1，第一內(nèi)側(cè)格柵2、調(diào)節(jié)螺栓
3、第一傳動(dòng)齒輪4和自動(dòng)控制系統(tǒng),其中:第一外側(cè)格柵I與第一內(nèi)側(cè)格柵2上開(kāi)設(shè)有數(shù)量、大小均相同的通孔(圖3-圖8)，該通孔為圓孔，也可為其它形狀孔，第一外側(cè)格柵I與第一內(nèi)側(cè)格柵2緊密貼合，在調(diào)節(jié)螺栓3的作用下，第一內(nèi)側(cè)格柵2可沿調(diào)節(jié)螺栓3的軸線方向與外側(cè)格柵發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。該平板形格柵結(jié)構(gòu)將微弧氧化處理池21分隔為兩部分，參見(jiàn)圖15，此兩部分空間分別容納第一微弧氧化工作電極19、第二微弧氧化工作電極20。
[0055]所述自動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示，包括電流測(cè)量模塊5、單片機(jī)6、步進(jìn)電機(jī)7、電機(jī)齒輪8，其中:在單片機(jī)6中設(shè)定微弧氧化處理所需工作電流值，電流測(cè)量模塊5測(cè)量微弧氧化處理過(guò)程中工作電流值，并將測(cè)量信號(hào)傳輸至單片機(jī)6，單片機(jī)6根據(jù)輸入的測(cè)量信號(hào)判斷是否調(diào)節(jié)電流，如需調(diào)節(jié)電流，單片機(jī)6控制步進(jìn)電機(jī)7工作，電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪8與第一傳動(dòng)齒輪4嚙合，帶動(dòng)調(diào)節(jié)螺栓3轉(zhuǎn)動(dòng)；第一外側(cè)格柵I上開(kāi)設(shè)可以穿過(guò)調(diào)節(jié)螺栓3的通孔，第一內(nèi)側(cè)格柵2上開(kāi)設(shè)螺紋孔，調(diào)節(jié)螺栓3穿過(guò)第一外側(cè)格柵I的通孔與第一內(nèi)側(cè)格柵2螺紋孔以螺紋副形式聯(lián)接，如圖9所示；當(dāng)調(diào)節(jié)螺栓3轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，第一內(nèi)側(cè)格柵2沿螺紋副上升或下降。第一內(nèi)側(cè)格柵2與第一外側(cè)格柵I發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，第一內(nèi)側(cè)格柵2與第一外側(cè)格柵I上的通孔錯(cuò)移，從而改變遷移通道的截面積。
[0056]本實(shí)施例1提供的輕合金表面微弧氧化處理工作電流調(diào)節(jié)裝置，適合用于對(duì)平板形狀輕金屬材料進(jìn)行微弧氧化處理，具體如下:
[0057]在采用直流電源進(jìn)行微弧氧化處理時(shí)，平板形輕金屬材料工件為陽(yáng)極，即第一微弧氧化工作電極19 ;平板形不銹鋼材料為陰極，即第二微弧氧化工作電極20 ;在采用交流電源進(jìn)行微弧氧化處理時(shí)，第一微弧氧化工作電極19與第二微弧氧化工作電極20互為陰、陽(yáng)級(jí)，均可采用平板形輕金屬材料工件作為電極；內(nèi)側(cè)格柵2與外側(cè)格柵I的通孔初始相對(duì)位置如圖16所示，為半開(kāi)狀態(tài)，形成帶電離子遷移通道；在微弧氧化處理過(guò)程中，電流測(cè)量模塊5不斷測(cè)量微弧氧化處理過(guò)程中的工作電流值，并將測(cè)量信號(hào)傳輸至單片機(jī)6，單片機(jī)6根據(jù)輸入的測(cè)量信號(hào)與設(shè)定的工作電流值進(jìn)行比較，判斷是否調(diào)節(jié)電流；如所測(cè)量電流過(guò)小，單片機(jī)6控制步進(jìn)電機(jī)7工作，電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪8與第一調(diào)節(jié)齒輪4嚙合，帶動(dòng)調(diào)節(jié)螺栓3轉(zhuǎn)動(dòng)，內(nèi)側(cè)格柵2沿螺紋副下降，帶電離子遷移通道截面積增大，通道內(nèi)電解液電導(dǎo)率增大，使通過(guò)遷移通道的帶電離子增多，微弧氧化工作電流增大，當(dāng)內(nèi)側(cè)格柵2與外側(cè)格柵I的通孔完全重合時(shí)，如圖17所示，帶電離子遷移通道截面積最大，此時(shí)微弧氧化工作電流最大；如所測(cè)量電流過(guò)大，單片機(jī)6控制步進(jìn)電機(jī)7反向轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)第一傳動(dòng)齒輪4帶動(dòng)調(diào)節(jié)螺栓3轉(zhuǎn)動(dòng)，內(nèi)側(cè)格柵2沿螺紋副上升，帶電離子遷移通道截面積減小，通道內(nèi)電解液電導(dǎo)率減小，使通過(guò)遷移通道的帶電離子減少，微弧氧化工作電流減小，當(dāng)內(nèi)側(cè)格柵2與外側(cè)格柵I的通孔完全錯(cuò)位時(shí)，如圖18所示，帶電離子遷移通道封閉，，此時(shí)微弧氧化工作電流趨近于零；自動(dòng)控制系統(tǒng)在微弧氧化過(guò)程中不斷測(cè)量實(shí)際工作電流，實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)格柵運(yùn)動(dòng)，保證微弧氧化工作電流始終保持在設(shè)定的電流值范圍內(nèi)。
[0058]實(shí)施例2:采用具有圓環(huán)形格柵結(jié)構(gòu)的輕合金表面微弧氧化處理工作電流調(diào)節(jié)裝
置
[0059]所述圓環(huán)形格柵結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括第二外側(cè)格柵9，第二內(nèi)側(cè)格柵10，第二傳動(dòng)齒輪11和自動(dòng)控制系統(tǒng)，其中:第二外側(cè)格柵9與第二內(nèi)側(cè)格柵10上開(kāi)設(shè)有數(shù)量、大小均相同的通孔(圖6、圖7)，該通孔為圓孔，也可為其它形狀孔；第二內(nèi)側(cè)格柵10套在第二外側(cè)格柵9內(nèi)，緊密貼合，第二內(nèi)側(cè)格柵10上安裝第二傳動(dòng)齒輪11，通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)第二傳動(dòng)齒輪11轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)第二內(nèi)側(cè)格柵10與第二外側(cè)格柵9發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，第二內(nèi)側(cè)格柵10與第二外側(cè)格柵9上的通孔錯(cuò)移，從而改變遷移通道的截面積。
[0060]本實(shí)施例2提供的輕合金表面微弧氧化處理工作電流調(diào)節(jié)裝置，適合用于對(duì)輕金屬材料工件孔形內(nèi)表面或圓柱形外表面進(jìn)行微弧氧化處理，具體如下:
[0061]參見(jiàn)圖19，處理輕金屬材料工件孔形內(nèi)表面時(shí)，工件作為孔形微弧氧化工作電極22，不銹鋼材料作為圓柱形微弧氧化工作電極24;采用直流電源時(shí)，孔形微弧氧化工作電極22為陽(yáng)極，圓柱形微弧氧化工作電極24為陰極；采用交流電源時(shí)，上述兩工作電極互為陰、陽(yáng)極；外側(cè)格柵9設(shè)有孔徑定位臺(tái)階23，可使外側(cè)格柵9在被處理孔形工件上定位；第二種類(lèi)型格柵結(jié)構(gòu)將被加工孔內(nèi)空間分隔為兩部分，孔形微弧氧化工作電極22、圓柱形微弧氧化工作電極24分別處于被分隔的兩部分空間；內(nèi)側(cè)格柵10與外側(cè)格柵9的通孔初始相對(duì)位置如圖22-圖23所示，為半開(kāi)狀態(tài)，形成帶電離子遷移通道；在微弧氧化處理過(guò)程中，電流測(cè)量模塊5不斷測(cè)量微弧氧化處理過(guò)程中的工作電流值，并將測(cè)量信號(hào)傳輸至單片機(jī)6，單片機(jī)6根據(jù)輸入的測(cè)量信號(hào)與設(shè)定的工作電流值進(jìn)行比較，判斷是否調(diào)節(jié)電流，如所測(cè)量電流過(guò)小，單片機(jī)6控制步進(jìn)電機(jī)7工作，電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪8帶動(dòng)第二傳動(dòng)齒輪11轉(zhuǎn)動(dòng)，內(nèi)側(cè)格柵10繞回轉(zhuǎn)軸線逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，帶電離子遷移通道截面積增大，通道內(nèi)電解液電導(dǎo)率增大，使通過(guò)遷移通道的帶電離子增多，微弧氧化工作電流增大，當(dāng)內(nèi)側(cè)格柵10與外側(cè)格柵9的通孔完全重合時(shí)，如圖20-圖21所示，帶電離子遷移通道截面積最大，此時(shí)微弧氧化工作電流最大；如所測(cè)量電流過(guò)大，單片機(jī)6控制步進(jìn)電機(jī)7工作，驅(qū)動(dòng)電機(jī)齒輪8和第二調(diào)節(jié)齒輪11轉(zhuǎn)動(dòng)，內(nèi)側(cè)格柵10繞回轉(zhuǎn)軸線順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，帶電離子遷移通道截面積減小，通道內(nèi)電解液電導(dǎo)率減小，使通過(guò)遷移通道的帶電離子減少，微弧氧化工作電流減小，當(dāng)內(nèi)側(cè)格柵10與外側(cè)格柵9的通孔完全錯(cuò)位時(shí)，如圖24-圖25所示，帶電離子遷移通道封閉，此時(shí)微弧氧化工作電流趨近于零；自動(dòng)控制系統(tǒng)在微弧氧化過(guò)程中不斷測(cè)量實(shí)際工作電流，實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)格柵運(yùn)動(dòng)，保證微弧氧化工作電流始終保持在設(shè)定的電流值范圍內(nèi)。
[0062]加工輕金屬材料工件圓柱外表面時(shí)，不銹鋼材料作為孔形微弧氧化工作電極22(陰極)，輕金屬材料工件作為圓柱形微弧氧化工作電極24 (陽(yáng)極)。
[0063]上述實(shí)施例中，所采用的部件12-18為微弧氧化通用部件，其安裝位置及連接關(guān)系可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)計(jì)安裝。以圖15為例，微弧氧化處理池21為絕緣性良好的塑料或玻璃鋼材料制作，形狀大小根據(jù)實(shí)際需要；由于微弧氧化過(guò)程中產(chǎn)生大量熱量，使電解液15溫度上升較快，必須將電解液15通過(guò)循環(huán)水管18引入冷卻池16進(jìn)行冷卻降溫，冷卻池大小及冷卻方式可根據(jù)實(shí)際情況選擇；冷卻后的電解液經(jīng)水泵17通過(guò)冷卻水管14送回微弧氧化處理池21，形成電解液15的循環(huán)流動(dòng)。
[0064]本發(fā)明所采用的微弧氧化處理電源12較廣，既可適用于直流脈沖電源，也可適用于交流電源，該微弧氧化處理電源12的一端通過(guò)電導(dǎo)線13與第一微弧氧化工作電極19相連，另一端通過(guò)電導(dǎo)線13經(jīng)電流測(cè)量模塊與第二微弧氧化工作電極20相連；冷卻水管14及循環(huán)水管18應(yīng)選取絕緣性能較好的塑料水管；電解液15可根據(jù)微弧氧化工藝要求配制；冷卻池16可采用不銹鋼或玻璃鋼等耐腐蝕材料制作；水泵17可以選取絕緣性能良好的密封式潛水泵。
[0065]本發(fā)明提供的上述兩種輕合金表面微弧氧化處理工作電流調(diào)節(jié)裝置，具有以下功倉(cāng)泛:
[0066]1.調(diào)節(jié)微弧氧化處理工作電流，控制微弧放電能量強(qiáng)度:
[0067]在微弧氧化處理過(guò)程中，可有效抵控制電解液中帶電離子的遷移數(shù)量，控制微弧氧化處理過(guò)程中的工作電流，達(dá)到控制微弧放電能量強(qiáng)度大小，保障輕金屬材料表面形成的陶瓷氧化膜的成膜質(zhì)量。
[0068]2.自動(dòng)控制:
[0069]在微弧氧化處理過(guò)程中，本發(fā)明的自動(dòng)控制系統(tǒng)可自動(dòng)實(shí)時(shí)檢測(cè)和調(diào)節(jié)微弧氧化工作電流，保障微弧氧化工作電流在預(yù)設(shè)范圍值內(nèi)。
[0070]在微弧氧化處理過(guò)程中，工件每平方分米最佳成膜工作電流強(qiáng)度應(yīng)在20-70A。在實(shí)驗(yàn)中，電極間距離為150mm時(shí)，未使用本發(fā)明裝置情況下，工件每平方分米工作電流強(qiáng)度達(dá)到90A，由于電流過(guò)大，陶瓷氧化膜難以形成。在同等條件下，使用本發(fā)明裝置，工件每平方分米工作電流強(qiáng)度可在0-80A任意調(diào)整，可根據(jù)不同的成膜要求控制微弧氧化工作電流。
【權(quán)利要求】
1.一種輕合金表面微弧氧化處理工作電流調(diào)節(jié)裝置，其特征是包括格柵結(jié)構(gòu)和自動(dòng)控制系統(tǒng)，其中:格柵結(jié)構(gòu)設(shè)有調(diào)節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和由絕緣材料制造的內(nèi)、外側(cè)格柵；內(nèi)側(cè)格柵與外側(cè)格柵緊密貼合；內(nèi)側(cè)格柵上安裝調(diào)節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，在調(diào)節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)作用下，內(nèi)側(cè)格柵可與外側(cè)格柵發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)；調(diào)節(jié)裝置通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪與步進(jìn)電機(jī)相連，由步進(jìn)電機(jī)提供動(dòng)力；所述自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)有電流測(cè)量模塊、單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪，電流測(cè)量模塊測(cè)量電流強(qiáng)度并將數(shù)據(jù)傳送到單片機(jī)，單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪將動(dòng)力傳送到調(diào)節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕合金表面微弧氧化處理工作電流調(diào)節(jié)裝置，其特征是所述調(diào)節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括傳動(dòng)齒輪和調(diào)節(jié)螺栓；傳動(dòng)齒輪安裝在調(diào)節(jié)螺栓上，與電極驅(qū)動(dòng)齒輪嚙合；調(diào)節(jié)螺栓安裝在格柵結(jié)構(gòu)上，該調(diào)節(jié)螺栓穿過(guò)外側(cè)格柵的通孔與內(nèi)側(cè)格柵的螺紋孔以螺紋副形式聯(lián)接，或者該調(diào)節(jié)螺栓穿過(guò)內(nèi)側(cè)格柵的通孔與外側(cè)格柵的螺紋孔以螺紋副形式聯(lián)接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕合金表面微弧氧化處理工作電流調(diào)節(jié)裝置，其特征是所述的格柵結(jié)構(gòu)為平板形格柵結(jié)構(gòu)，其內(nèi)側(cè)格柵、外側(cè)格柵緊密貼合，在此內(nèi)、外側(cè)格柵的相同部位上開(kāi)有數(shù)量、大小均相同的通孔，形成帶電離子遷移通道，該通孔為圓孔、方形孔或橢圓形孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕合金表面微弧氧化處理工作電流調(diào)節(jié)裝置，其特征是所述的格柵結(jié)構(gòu)為圓環(huán)形格柵結(jié)構(gòu)，內(nèi)側(cè)格柵上安裝傳動(dòng)齒輪，其內(nèi)側(cè)格柵、外側(cè)格柵緊密貼合，在此內(nèi)、外側(cè)格柵的相同部位上開(kāi)有數(shù)量、大小均相同的通孔，形成帶電離子遷移通道，該通孔為圓孔、方形孔或橢圓形孔。
5.權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述裝置的用途，其特征是用于對(duì)平板形狀輕金屬材料進(jìn)行微弧氧化處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用途，其特征是采用以下方法對(duì)平板形狀輕金屬材料進(jìn)行微弧氧化處理: 進(jìn)行微弧氧化處理時(shí)，平板形輕金屬材料工件為陽(yáng)極，其為第一微弧氧化工作電極，平板形不銹鋼材料為陰極，其為第二微弧氧化工作電極； 所述格柵結(jié)構(gòu)將微弧氧化電解池隔離為兩部分，電解液只能通過(guò)格柵結(jié)構(gòu)上的通孔流動(dòng)，形成帶電離子遷移通道；微弧氧化電極分別放置在格柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)；自動(dòng)控制系統(tǒng)中的電流測(cè)量模塊實(shí)時(shí)測(cè)量微弧氧化處理過(guò)程中的工作電流值，并將測(cè)量信號(hào)傳輸至單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)輸入的測(cè)量信號(hào)判斷是否調(diào)節(jié)電流，如需調(diào)節(jié)電流，單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)工作，電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪帶動(dòng)調(diào)節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，使內(nèi)、外側(cè)格柵發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，格柵上的通孔錯(cuò)移，帶電離子遷移通道的截面積發(fā)生改變；通道截面積增大，電解液中帶電離子遷移流量增大；通道截面積減小，電解液中帶電離子遷移流量減小；自動(dòng)控制系統(tǒng)在微弧氧化過(guò)程中不斷測(cè)量實(shí)際工作電流，實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)格柵運(yùn)動(dòng)，保證微弧氧化工作電流始終保持在設(shè)定的電流值范圍內(nèi)。
7.權(quán)利要求1、4中任一權(quán)利所述裝置的用途，其特征是用于對(duì)圓柱形狀或孔形狀輕金屬材料表面進(jìn)行微弧氧化處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用途，其特征是采用以下方法對(duì)輕金屬材料工件的孔形內(nèi)表面進(jìn)行微弧氧化處理:處理輕金屬材料工件孔形內(nèi)表面時(shí)，工件作為孔形微弧氧化工作電極，不銹鋼材料作為圓柱形微弧氧化工作電極；格柵結(jié)構(gòu)將被加工孔內(nèi)空間分隔為兩部分，孔形微弧氧化工作電極為陽(yáng)極、圓柱形微弧氧化工作電極為陰極分別處于被分隔的兩部分空間； 外側(cè)格柵設(shè)有孔徑定位臺(tái)階，使外側(cè)格柵在被處理孔形工件上定位；內(nèi)側(cè)格柵與外側(cè)格柵的通孔形成帶電離子遷移通道； 在微弧氧化處理過(guò)程中，自動(dòng)控制系統(tǒng)中的電流測(cè)量模塊實(shí)時(shí)測(cè)量微弧氧化處理過(guò)程中的工作電流值，并將測(cè)量信號(hào)傳輸至單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)輸入的測(cè)量信號(hào)判斷是否調(diào)節(jié)電流，如需調(diào)節(jié)電流，單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)工作，電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪和傳動(dòng)齒輪嚙合，帶動(dòng)內(nèi)側(cè)格柵繞回轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，使內(nèi)、外側(cè)格柵發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，格柵上的通孔錯(cuò)移，帶電離子遷移通道的截面積發(fā)生改變；通道截面積增大，電解液中帶電離子遷移流量增大；通道截面積減小，電解液中帶電離子遷移流量減??；自動(dòng)控制系統(tǒng)在微弧氧化過(guò)程中不斷測(cè)量實(shí)際工作電流，實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)格柵運(yùn)動(dòng)，保證微弧氧化工作電流始終保持在設(shè)定的電流值范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用途，其特征是采用以下方法對(duì)輕金屬材料工件的圓柱形外表面進(jìn)行微弧氧化處理: 處理輕金屬材料工件圓柱形內(nèi)表面時(shí)，不銹鋼材料作為孔形微弧氧化工作電極，輕金屬材料工件作為圓柱形微弧氧化工作電極；格柵結(jié)構(gòu)將被加工孔內(nèi)空間分隔為兩部分，孔形微弧氧化工作電極為陽(yáng)極、圓柱形微弧氧化工作電極為陰極分別處于被分隔的兩部分空間； 外側(cè)格柵設(shè)有孔徑定位臺(tái)階，使外側(cè)格柵在被處理孔形工件上定位；內(nèi)側(cè)格柵與外側(cè)格柵的通孔形成帶電離子遷移通道； 在微弧氧化處理過(guò)程中，自動(dòng)控制系統(tǒng)中的電流測(cè)量模塊實(shí)時(shí)測(cè)量微弧氧化處理過(guò)程中的工作電流值，并將測(cè)量信號(hào)傳輸至單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)輸入的測(cè)量信號(hào)判斷是否調(diào)節(jié)電流，如需調(diào)節(jié)電流，單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)工作，電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪和傳動(dòng)齒輪嚙合，帶動(dòng)內(nèi)側(cè)格柵繞回轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，使內(nèi)、外側(cè)格柵發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，格柵上的通孔錯(cuò)移，帶電離子遷移通道的截面積發(fā)生改變；通道截面積增大，電解液中帶電離子遷移流量增大；通道截面積減小，電解液中帶電離子遷移流量減小；自動(dòng)控制系統(tǒng)在微弧氧化過(guò)程中不斷測(cè)量實(shí)際工作電流，實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)格柵運(yùn)動(dòng)，保證微弧氧化工作電流始終保持在設(shè)定的電流值范圍內(nèi)。
【文檔編號(hào)】G05F1/10GK103699161SQ201310743356
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】馬晉 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)