一种激光辅助喷雾微弧氧化装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种激光辅助喷雾微弧氧化装置。所述装置包括双脉冲电源、主控电脑、工件、循环泵、电解槽、喷雾器、阴极模块、数控机床移动主轴，所述装置通过进行激光辅助喷雾，在喷雾器的循环作用下由喷雾头喷出的电解液浓度均匀，导电离子在溶液中的分布均匀，解决了搅拌装置带来的溶液波动，进而克服了现有微弧氧化方法中自身缺少电势差的问题，由此生成的电场环境均布，提高了加工工件表面的均匀性。同时，阴极套管内脉冲激光器的激光侧面照射工件，工件表面的金属离子获得能量，辅助电极激活工件表面金属活性，而且阴极模块对工件起到了辅助加热的作用，解决了大尺寸工件对电源功率的限制。

【技术实现步骤摘要】
一种激光辅助喷雾微弧氧化装置
本专利技术涉及微弧氧化领域，尤其涉及用于复杂工件或大面积工件的激光辅助喷雾微弧氧化技术的加工，具体为一种激光辅助喷雾微弧氧化装置。
技术介绍
目前国内对工件表面的微弧氧化加工多是直接将工件浸没在电解液中作为阳极，通过将电解槽和电源阴极相连作为阴极，阴极面积相对较大，阴阳极之间无任何相对运动，通电后实现对工件表面的同步加工。这种加工方法对电源功率的依赖性高，因此对电源功率的要求非常苛刻、起弧面积不可控。由于导电和受热的不均匀性等原因，工件表面会出现尖端放电和面积效应，已有本实验室实验和comsolmultiphysics仿真验证，因此对加工工艺参数的确定要求非常严格。并且只适用于表面形状相对简单、尺寸相对较小的工件。现有技术中的扫描式微弧氧化技术，即将传统的微弧氧化设备进行改造，把原来作为阴极的不锈钢槽改成一根截面积较小(与电源功率有关)的不锈钢管，工作液从钢管中喷出，阴阳两极与工作液形成小型的微弧放电区域，在这个区域中发生微弧氧化过程。主要用于处理表面积较大的工件，对小面积工件的处理效果不高。
技术实现思路
本专利技术针对上述
技术介绍
的不足，提供一种激光辅助喷雾微弧氧化装置，该装置能够实现对大尺寸工件或复杂型面工件的加工，该装置能够解决传统加工装置中的面积效应和尖端放电现象，降低工件尺寸对电源输出功率的限制，通过对极间电场的控制，实现特定区域微弧氧化。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：本方案中的一种激光辅助喷雾微弧氧化装置，如图2所示。一种激光辅助喷雾微弧氧化装置，包括双脉冲电源、主控电脑、工件、工件支柱、循环泵、电解槽、喷雾器、阴极模块、数控机床移动主轴，双脉冲电源通过RS485协议与主控电脑全双工通信，通过主控电脑对所述双脉冲电源的参数设定，设定的所述参数包括：正向电压值、负向电压值、正电流值、负电流值、占空比值、脉冲频率，且所述参数在加工过程中实时传输回主控电脑并记录，从而便于后续研究加工方案对电参数的影响；双脉冲电源的正极与工件连接，负极与阴极模块连接，所述工件置于电解槽中的工件支柱上，使得工件位于电解液的液面上方，阴极模块固定于数控机床移动主轴下方端部，并通过橡胶包裹与数控机床移动主轴绝缘，所述阴极模块包括脉冲激光器与阴极套管，脉冲激光器穿过中空的阴极套管内部套装于阴极套管内，并且所述脉冲激光器能够在阴极套管内位置可调，从而通过调节脉冲激光器激光头的位置，以及脉冲激光器的激光电源强度大小来实现能量级数的划分，所述阴极模块与工件之间在垂直方向上相互靠近但不接触，即保持一定的电极间距，喷雾器的喷头靠近所述电极间距的中部位置设置，并且所述喷雾器通过带冷却功能的循环泵与电解槽的底部连通，其中，电解液为浓度12g·L-1的Na2SiO3溶液，添加剂为浓度2g·L-1的NaOH和3g·L-1的C6H15NO3。优选，所述循环泵通过软管与电解槽相连，且连接处高于电解槽底部一定的位置，可有效避免杂质进入循环泵中带来阻塞的问题，电解槽为塑料材质避免了腐蚀现象。创新性分析：本专利的装置的创新性在于所述电极间距的中部位置喷雾器的设置和阴极模块的设计，阴极套管内脉冲激光器的设置。喷雾器的设置一方面实现维持反应的恒温，另一方面使电场环境均匀，使电解液没有浓度变化，离子浓度均匀，从而所得膜层性能(厚度、硬度、抗腐蚀性、耐磨性等)较统一；阴极套管内脉冲激光器的激光侧面照射工件，工件表面的金属离子获得能量，辅助电极激活工件表面金属活性，而且阴极模块对工件起到了辅助加热的作用，通过激光束的辅助升温降低双脉冲电源的电压，能够在低电压下实现更优的加工效果，相应的降低了工件尺寸对电源输出功率的限制，提高了电源的有效能量利用率，节约了加工成本。在此，需要说明的是，阴极套管内脉冲激光器起到了辅助加热看似简单，实际在现有技术中并不存在相应的技术启示。原因在于，现有技术中的工件浸入式和扫描式加工方案在技术原理上都是无法添加此装置的(一个是完全浸入电解液中，电解槽作为阴极，无法加入；另一个是受限于尺寸与电解液循环方式，也无法加入)，因此，所属领域的技术人员在上述现有技术的技术方案的思路下，在上述方案不可能实现对电极场加热的情况下，不会形成到在阴极通过脉冲激光器来达到温度辅助的想法。本专利技术的装置能够对大尺寸与复杂表面工件实现表面局部或者整体的微弧氧化，解决面积效应和尖端放电现象，通过激光束辅助温升降低工件尺寸对电源输出功率的限制，提高电源的有效能量利用率，在喷雾装置的作用下实现维持反应恒温、保持电场环境均匀的目的，来达到膜层表面性能的统一。本专利的有益效果是，易于获得很好的表面加工质量，在实用方面可以高效的对大尺寸工件进行局部或整体的微弧氧化，并且通过RS485协议，把数据传输到主控电脑，便于对电参数分析处理，可以改变多个电极间距来获得最佳的微弧氧化方案；可以在同一个设备中进行反复试验加工。对于复杂工件的形状进行适应性加工，有利于提高电源的有效能量利用率，从而实现膜层表面质量和厚度的可控性。所述装置是通过进行激光辅助喷雾，在循环泵的循环作用下由喷雾器喷头喷出的电解液浓度均匀，导电离子在溶液中的分布均匀，解决了原有技术中搅拌装置带来的溶液波动，进而克服了现有微弧氧化方法中自身缺少电势差的问题，由此生成的电场环境均布，提高了加工工件表面的均匀性。同时，阴极模块的激光侧面照射工件，工件表面离子获得能量，辅助电极激活工件表面活性，而且阴极模块对工件进行辅助温升，解决了大尺寸工件对电源功率的限制。通过调节数控装置可对激光强度与放电间距进行适应性调节。对于复杂工件的形状进行适应性加工，有利于提高电源的有效能量利用率，从而实现膜层表面质量和厚度的可控性。附图说明图1为实施例1试验用的工件3的结构图。图2为实施例1的一种激光辅助喷雾微弧氧化装置结构图。图3为实施例1的阴极模块7的局部图。图中标识说明：双脉冲电源1、主控电脑2、工件3、循环泵4、电解槽5、喷雾器6、阴极模块7、数控机床移动主轴8，其中，工件支柱3-1、脉冲激光器7-1、阴极套管7-2。具体实施方式实施例1工件3为航空铝，具体形状如图1所示。工件3的处理如图1所示，在工件3的左上角打有直径6mm的孔，用以与双脉冲电源1的正极导线相连。工件3的处理流程为经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。双脉冲电源1的参数由主控电脑2通过RS485协议设定。表面形貌使用TESCANVEGA-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8个点，去掉极值，取其平均值。具体方案：如图2和3所示，一种激光辅助喷雾微弧氧化装置，包括双脉冲电源1、主控电脑2、工件3、工件支柱3-1、循环泵4、电解槽5、喷雾器6、阴极模块7、数控机床移动主轴8，双脉冲电源1通过RS485协议与主控电脑2全双工通信，通过主控电脑2对所述双脉冲电源1的参数设定，设定的所述参数包括：正向电压值、负向电压值、正电流值、负电流值、占空比值、脉冲频率，且所述参数在加工过程中实时传输回主控电脑2并记录，从而便于后续研究加工方案对电参数的影响；双脉冲电源2的正极与工件1连接，负极与阴极模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光辅助喷雾微弧氧化装置，包括双脉冲电源、主控电脑、工件、工件支柱，双脉冲电源通过RS485协议与主控电脑全双工通信，且所述参数在加工过程中实时传输回主控电脑并记录；其特征在于还包括循环泵、电解槽、喷雾器、阴极模块、数控机床移动主轴，双脉冲电源的正极与工件连接，负极与阴极模块连接，所述工件置于电解槽内的工件支柱上，使得工件位于电解液的液面上方且不与电解液接触，阴极模块固定于数控机床移动主轴下方端部，并通过橡胶包裹与数控机床移动主轴绝缘，所述阴极模块包括脉冲激光器与阴极套管，脉冲激光器穿过中空的阴极套管内部套装于阴极套管内，并且所述脉冲激光器能够在阴极套管内位置可调，从而通过调节脉冲激光器激光头的位置，以及脉冲激光器的激光电源强度大小来实现能量级数的划分，所述阴极模块与工件之间在垂直方向上相互靠近但不接触，喷雾器的喷头靠近所述电极间距的中部位置设置，并且所述喷雾器通过循环泵与电解槽的底部连通，其中，电解液为浓度12g·L‑1的Na2SiO3溶液，添加剂为浓度2g·L‑1的NaOH和浓度3g·L‑1的C6H15NO3。

【技术特征摘要】
1.一种激光辅助喷雾微弧氧化装置，包括双脉冲电源、主控电脑、工件、工件支柱，双脉冲电源通过RS485协议与主控电脑全双工通信，且所述参数在加工过程中实时传输回主控电脑并记录；其特征在于还包括循环泵、电解槽、喷雾器、阴极模块、数控机床移动主轴，双脉冲电源的正极与工件连接，负极与阴极模块连接，所述工件置于电解槽内的工件支柱上，使得工件位于电解液的液面上方且不与电解液接触，阴极模块固定于数控机床移动主轴下方端部，并通过橡胶包裹与数控机床移动主轴绝缘，所述阴极模块包括脉冲激光器与阴极套管，脉冲激光器穿过中空的阴极套管内部套装于阴极套...

【专利技术属性】
技术研发人员：柴永生，李岩，殷守民，牟玲龙，岳艳丽，王琦，刘希宽，王泽政，李林，李文卓，
申请(专利权)人：烟台大学，
类型：发明
国别省市：山东,37