[发明专利]一种集束阴极微弧氧化膜制备装置和方法

权利要求书

1.一种集束阴极微弧氧化膜制备装置，其特征在于，包括距离调节装置、电解槽(2)、集束阴极(5)、电源(6)和主控电脑(7)；

所述距离调节装置包括工作台(81)、立臂(82)、横移滑块(83)和伸缩杆(84)，所述立臂(82)设置于工作台(81)上，所述横移滑块(83)设置于立臂(82)上，所述伸缩杆(84)设置于横移滑块(83)上，在伺服电机驱动滚珠丝杠传动机构的作用下向下伸出和向上回收；

所述电解槽(2)由绝缘材质制成，放置在工作台(81)上，用于承装电解液和待加工的工件(3)；

所述集束阴极(5)由若干棒状电极组合而成，每一束电极由橡胶皮包裹，其上端与伸缩杆(84)的下端安装固定，其下端伸入到电解槽(2)内部；

所述电源(6)的负极与集束阴极(5)相连，正极与工件(3)相连；

所述主控电脑(7)与电源(6)、距离调节装置电连接；

所述横移滑块(83)在伺服电机驱动滚珠丝杠传动机构的作用下在立臂(82)上左右往复直线运动。

2.如权利要求1所述的集束阴极微弧氧化膜制备装置，其特征在于，所述立臂(82)在伺服电机驱动滚珠丝杠传动机构的作用下在工作台(81)上直线往复运动。

3.如权利要求1所述的集束阴极微弧氧化膜制备装置，其特征在于，还包括冷却槽(1)，所述冷却槽(1)放置于工作台(81)上，所述电解槽(2)整体放置在装有冷却水的冷却槽(1)中，所述冷却槽(1)上开设进水口和出水口，其中进水口的高度设计低于出水口。

4.如权利要求1所述的集束阴极微弧氧化膜制备装置，其特征在于，所述电源(6)为数控双脉冲电源，通过RS(485)协议与主控电脑(7)进行相连。

5.如权利要求1所述的集束阴极微弧氧化膜制备装置，其特征在于，距离调节装置与主控电脑(7)相连采用G代码编程实现精确定位。

6.一种集束阴极微弧氧化膜制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1：集束阴极连接电源的负极，所述电源为数控双脉冲电源，将电解槽整体放入冷却槽中，所述冷却槽中有循环流动的冷却水，所述电解槽由绝缘材质制成，其中装满电解液，所述电解液以Na₂SiO₃作为主成膜剂，NaOH、C₆H₁₅NO₃作为添加剂溶于溶剂水组成；所述集束阴极有若干棒状电极组成，每一束电极由橡胶皮包裹，其上端安装于距离调节装置上，其下端伸入到电解槽内的电解液中，在主控电脑的控制下距离调节装置带动集束阴极相对工件x、y、z三个方向做精准的距离移动；

步骤2：将工件经240 #、400 #、800 #砂纸依次打磨后将其放入丙酮溶液中进行两次10min的超声波清洗，然后使用普通吹风机将其吹干装袋备用；

步骤3：将步骤2处理的工件固定置于电解槽中浸没在电解液中并与电源的正极相连，将集束阴极与工件间距变化设定为2 mm；将电参数设定为电压500V，氧化时间900s，频率400Hz，占空比20%，电流密度为10A/dm²，氧化时间为900S；

步骤4：表面形貌使用TESCAN VEGA-XMU型扫描电镜对陶瓷膜层的表面微观形貌进行观测，膜层的厚度用涡流测厚仪来测量，测量取多个点，去掉极值，取其平均值。

7.如权利要求6所述的集束阴极微弧氧化膜制备方法，其特征在于，所述电解液以1-5g/L的Na₂SiO₃作为主成膜剂，0.5-2g/L的NaOH、0.1-2g/L的C₆H₁₅NO₃作为添加剂溶于溶剂水组成。

8.如权利要求6所述的集束阴极微弧氧化膜制备方法，其特征在于，

循环操作若干次步骤1-4，每次将步骤3中的集束阴极与工件间距递增1mm，研究集束阴极与工件间距和氧化膜层、弧斑尺寸的关系，得到集束阴极与工件间距和氧化膜膜层厚度之间的数值关系表。