一种用于制备收口筒形内腔陶瓷层的工装设备及方法技术

本发明专利技术提供了一种用于制备收口筒形内腔陶瓷层的工装设备及其方法，该工装设备由阴极杆（1）、支撑杆（2）、阴极固定板（4）、阳极接电螺钉（5）、支撑板（6）、导电柱（7）、阴极接电螺钉（8）组成；其中，支撑板（6）与阴极固定板（4）之间通过两根支撑杆（2）固定连接，支撑板（6）上表面、位于两根支撑杆（2）之间的区域内均匀设置若干导电柱（7），阴极固定板（4）上对应导电柱（7）设置阴极杆（1）。本发明专利技术实现了对收口筒形工件外壁电场的弱化以及收口筒形工件内壁电场的强化，进而形成了收口筒形工件内厚外薄的陶瓷层，从而在满足铝合金弹壳、铝合金药筒使用需求的同时高效、快速的完成陶瓷层的制备。

【技术实现步骤摘要】
一种用于制备收口筒形内腔陶瓷层的工装设备及方法
本专利技术涉及表面处理
，具体涉及一种用于制备收口筒形内腔陶瓷层的工装设备及方法。
技术介绍
铝合金具有轻质高强的特性，其在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业等领域中已经越来越多的取代钢、铜等传统材料，成为工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料。一些特殊工况下，铝合金收口筒形内腔需要接触高温燃气，例如铝合金弹壳、铝合金药筒等；但由于铝合金化学性质活泼、熔点低（660℃左右），使其一旦接触高温燃气必定会出现烧蚀问题，因此必须在铝合金收口筒形内腔采用涂层进行抗烧蚀防护。微弧氧化是一种利用电化学方法，通过微区等离子烧结原位生成陶瓷层的技术，将其应用在铝合金表面生成的Al2O3陶瓷层具有熔点高、热导率低、耐磨耐蚀等优异性能，其十分适合用于在铝合金收口筒形内腔制备陶瓷涂层，用于抗烧蚀防护。但是，由于铝合金弹壳、铝合金药筒等收口筒形为深内孔、大长径比的筒体结构，若直接进行微弧氧化，会出现陶瓷层在铝合金收口筒形外壁生长快、内壁生长慢的问题；为了保证铝合金收口筒形内腔陶瓷层的厚度能够达到铝合金抗烧蚀防护的需要，传统的方法是采用热缩管或者绝缘工装包覆铝合金收口筒形外壁后、再进行微弧氧化，仅让内壁参与反应，但此方法存在工艺流程复杂、成本偏高、漏液影响外观等缺点。
技术实现思路
针对以上现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种用于制备收口筒形内腔陶瓷层的工装设备，该设备解决了铝合金收口筒形在微弧氧化过程中外壁陶瓷层生长速度快、内腔陶瓷层生长速度慢的问题，利用此工装设备进行铝合金收口筒形的微弧氧化生产效率高，操作简单，表面质量好、涂层均匀性高。本专利技术的另一个目的在于提供一种用于制备收口筒形内腔陶瓷层的方法。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种用于制备收口筒形内腔陶瓷层的工装设备，其特征在于：包括支撑板和阴极固定板，所述支撑板与所述阴极固定板之间通过两根支撑杆固定连接，所述支撑板与阴极固定板之间相互平行且所述阴极固定板位于所述支撑板上方；所述支撑板上表面、位于两根所述支撑杆之间的区域内均匀设置若干导电柱，所述导电柱为凸台形结构、包括上端凸出部分以及下端承接部分，收口筒形工件位于所述导电柱上方，且所述导电柱上端凸出部分与所述收口筒形工件下端中部的孔相匹配、所述导电柱下端承接部分的上表面与所述收口筒形工件底面共面，通过导电柱对收口筒形工件进行固定以及限位；所述支撑板位于所述支撑杆远离所述导电柱的一侧设置阳极接电螺钉；所述阴极固定板上对应所述导电柱设置若干阴极杆且所述阴极杆与所述阴极固定板相互垂直，所述阴极杆伸入所述收口筒形工件内且所述阴极杆、所述收口筒形工件、所述导电柱的中轴线在一条直线上；所述阴极杆为上小下大的棒状结构且所述阴极杆圆周外壁与其对应的收口筒形工件圆周内壁的最短距离均一致，即阴极杆上端小直径对应收口筒形工件收口处、阴极杆下端大直径对应收口筒形工件下端非收口处且阴极杆上端小直径的外壁距收口筒形工件收口处内壁的距离与阴极杆下端大直径的外壁距收口筒形工件下端非收口处内壁的距离相等，所述阴极杆最下端端面距所述收口筒形工件底面内壁上端面的距离与所述阴极杆外壁距所述收口筒形工件内壁的最短距离相等；所述阴极固定板位于所述支撑杆远离所述阴极杆的一侧设置阴极接电螺钉。由于铝合金弹壳、铝合金药筒等收口筒形件在使用时、其内壁的温度远远高于外壁，因此需要制备的陶瓷层需符合内厚外薄的特点；若外壁陶瓷层的生长速率大于或等于内壁陶瓷层的生长速率（即内、外壁厚度一致或外壁厚度高于内壁），则导致外壁厚度明显高于所需厚度，由于内外壁厚度为同时生长的，因此会造成极大的能源浪费、拉长了制备时间，降低了制备的效率、增加了制备成本。本专利技术通过导电柱、阴极杆以及收口筒体工件的配合，改变了电场以及电流的分布密度，实现了内壁陶瓷层的快速、均匀生长，外壁陶瓷层缓慢生长，从而形成收口筒形工件内厚外薄的陶瓷层，在满足铝合金弹壳、铝合金药筒使用需求的同时节约了能源以及成本。优选的，为确保每个导电柱的电流密度均匀分布，所述阳极接电螺钉为两个、它们分别位于在所述支撑板两端。作进一步优化，所述支撑板、所述阳极接电螺钉、所述导电柱均为铝合金材质；为了避免在电解液中制备陶瓷层时支撑杆上的不锈钢螺母以及不锈钢螺钉导电，所述支撑板上包覆一层绝缘材料。作进一步优化，所述支撑杆通过螺母分别与所述支撑板、所述阴极固定板固定连接；所述螺母为不锈钢材料。作进一步优化，所述支撑杆为尼龙材料。作进一步优化，所述阴极杆、所述阴极固定板、所述阴极接电螺钉均为不锈钢材料。作进一步优化，所述收口筒形工件为铝合金材料。作进一步优化，所述阴极杆最大直径为所述收口筒形工件内壁最大直径的1/10～1/2。作进一步优化，所述导电柱上端凸出部分的上表面低于所述收口筒形工件的底面内壁。作进一步优化，所述阴极固定板下表面与所述收口筒形工件上端面的距离大于25mm。作进一步优化，上述工装设备制备陶瓷层时的方法具体为：首先将固定安装有所述收口筒形工件的所述工装设备垂直放置于电解液槽中并加入电解液，所述收口筒形工件的上端面距离电解液液面以下10～20mm；然后将阳极接电螺钉与电源正极相连、将阴极接电螺钉与电源负极相连，电解液槽不与阴极直接相连；再设置微弧氧化参数，完成微弧氧化陶瓷层的制备；最后将微弧氧化后的所述收口筒形工件直接侵入流动的冷水中进行清洗，清洗后放置于烘箱中烘干。作进一步优化，所述电解液由NaOH、Na2SiO3、Na2WO4、NaB4O7以及去离子水组成。作进一步优化，所述NaOH浓度为1～12g/L，Na2SiO3浓度为10～40g/L，Na2WO4浓度为1～10g/L，NaB4O7浓度为1～12g/L。作进一步优化，所述微弧氧化参数具体为：正电流密度2～8A/dm2，负电流密度0.5～2A/dm2，频率100～1000Hz，占空比5%～50%，氧化时间10～180min。作进一步优化，所述清洗时间为4～6min；所述烘干温度为70～90℃。本专利技术具有如下技术效果：本专利技术装置通过设置凸台形结构的导电柱，使得收口筒形工件内壁的正电流密度大于外壁的正电流密度，同时配合阴极杆形状以及具体位置的设置，从而改变了收口筒形外壁与内壁的电场分布，实现了收口筒形外壁电场的弱化以及收口筒形内壁电场的强化，进而实现了内壁陶瓷层的快速、均匀生长，外壁陶瓷层缓慢均匀生长，从而高效、快速的完成内厚外薄的收口筒形工件陶瓷层的制备。并且，本专利技术工装设备不采用任何绝缘材料对收口筒形外壁或阴极杆外壁进行包覆，从而有效简化工艺操作步骤、避免使用材料的浪费。本专利技术的设备以及方法实现了收口筒形内厚外薄的陶瓷层的原位生长，内壁陶瓷层厚度10～100μm可调、外壁陶瓷层厚度小于5μm，从而在满足铝合金弹壳、铝合金药筒使用需求的同时节约了能源以及成本，避免外壁厚度大于或等于内壁厚度时、拉长制备时间以及加大能源的损耗；使得制备陶瓷层过程符合工业经本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制备收口筒形内腔陶瓷层的工装设备，其特征在于：包括支撑板（6）和阴极固定板（4），所述支撑板（6）与所述阴极固定板（4）之间通过两根支撑杆（2）固定连接，所述支撑板（6）与阴极固定板（4）之间相互平行且所述阴极固定板（4）位于所述支撑板（6）上方；所述支撑板（6）上表面、位于两根所述支撑杆（2）之间的区域内均匀设置若干导电柱（7），所述导电柱（7）为凸台形结构、包括上端凸出部分以及下端承接部分，收口筒形工件（9）位于所述导电柱（7）上方，且所述导电柱（7）上端凸出部分与所述收口筒形工件（9）下端中部的孔相匹配、所述导电柱（7）下端承接部分的上表面与所述收口筒形工件（9）底面共面；所述支撑板（6）位于所述支撑杆（2）远离所述导电柱（7）的一侧设置阳极接电螺钉（5）；所述阴极固定板（4）上对应所述导电柱（7）设置若干阴极杆（1）且所述阴极杆（1）与所述阴极固定板（4）相互垂直，所述阴极杆（1）伸入所述收口筒形工件（9）内且所述阴极杆（1）、所述收口筒形工件（9）、所述导电柱（7）的中轴线在一条直线上；所述阴极杆（1）为上小下大的棒状结构，所述阴极杆（1）上端小直径对应收口筒形工件（9）收口处、阴极杆（1）下端大直径对应收口筒形工件（9）下端非收口处且所述阴极杆（1）上端小直径的外壁距收口筒形工件（9）收口处内壁的距离与所述阴极杆（1）下端大直径的外壁距收口筒形工件（9）下端非收口处内壁的距离相等，所述阴极杆（1）最下端端面距所述收口筒形工件（9）底面内壁上端面的距离与所述阴极杆（1）外壁距所述收口筒形工件（9）内壁的最短距离相等；所述阴极固定板（4）位于所述支撑杆（2）远离所述阴极杆（1）的一侧设置阴极接电螺钉（8）。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于制备收口筒形内腔陶瓷层的工装设备，其特征在于：包括支撑板（6）和阴极固定板（4），所述支撑板（6）与所述阴极固定板（4）之间通过两根支撑杆（2）固定连接，所述支撑板（6）与阴极固定板（4）之间相互平行且所述阴极固定板（4）位于所述支撑板（6）上方；所述支撑板（6）上表面、位于两根所述支撑杆（2）之间的区域内均匀设置若干导电柱（7），所述导电柱（7）为凸台形结构、包括上端凸出部分以及下端承接部分，收口筒形工件（9）位于所述导电柱（7）上方，且所述导电柱（7）上端凸出部分与所述收口筒形工件（9）下端中部的孔相匹配、所述导电柱（7）下端承接部分的上表面与所述收口筒形工件（9）底面共面；所述支撑板（6）位于所述支撑杆（2）远离所述导电柱（7）的一侧设置阳极接电螺钉（5）；所述阴极固定板（4）上对应所述导电柱（7）设置若干阴极杆（1）且所述阴极杆（1）与所述阴极固定板（4）相互垂直，所述阴极杆（1）伸入所述收口筒形工件（9）内且所述阴极杆（1）、所述收口筒形工件（9）、所述导电柱（7）的中轴线在一条直线上；所述阴极杆（1）为上小下大的棒状结构，所述阴极杆（1）上端小直径对应收口筒形工件（9）收口处、阴极杆（1）下端大直径对应收口筒形工件（9）下端非收口处且所述阴极杆（1）上端小直径的外壁距收口筒形工件（9）收口处内壁的距离与所述阴极杆（1）下端大直径的外壁距收口筒形工件（9）下端非收口处内壁的距离相等，所述阴极杆（1）最下端端面距所述收口筒形工件（9）底面内壁上端面的距离与所述阴极杆（1）外壁距所述收口筒形工件（9）内壁的最短距离相等；所述阴极固定板（4）位于所述支撑杆（2）远离所述阴极杆（1）的一侧设置阴极接电螺钉（8）。


2.根据权利要求1所述的一种用于制备收口筒形内腔陶瓷层的工装设备，其特征在于：所述支撑板（6）、所述阳极接电螺钉（5）、所述导电柱（7）均为铝合金材质。


3.根据权利要求1所述的一种用于制备收口筒形...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴护林，李立，李忠盛，张昭林，杨九州，付扬帆，陈汉宾，陈海涛，丛大龙，
申请(专利权)人：中国兵器工业第五九研究所，
类型：发明
国别省市：重庆;50