專利名稱：合金表面微弧氧化制備含羥基磷灰石涂層的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于鈦合金微弧氧化制備生物陶瓷涂層領域，具體涉及一種合金表面微弧氧化制備含羥基磷灰石涂層的裝置。
背景技術：
現(xiàn)有的合金表面微弧氧化制備含羥基磷灰石涂層過程中，其制備裝置中的電解溶液穩(wěn)定性受到PH值變化的影響很大，微弧氧化陶瓷膜的形成會消耗陽極界面處的離子，使得電解溶液PH值呈下降的趨勢。在此過程中，越靠近電極表面，溶液離子的濃度越低，進而形成了向電極方向的濃度梯度。溶液中的離子要從高濃度向低濃度傳送，以便供應陽極附近逐漸減少的離子數(shù)量，這一過程為傳質過程。而單獨依靠電解溶液自身梯度差的傳質過程，其傳質效率低下，不能很好地滿足微弧氧化過程的要求。此外，除了微弧氧化反應本身釋放出的大量熱量之外，由于在氧化膜層孔隙中和阻擋層里的電解液的電阻率高，通過焦耳效應也產(chǎn)生和釋放出熱量，同時微等離子體放電也產(chǎn)生的熱量，這些熱效應都會使電解液溫度很快上升。而電解液溫度越高電解液溶解速率就越大，使得氧化膜的生長速度變得越來越緩慢。研究發(fā)現(xiàn)，在高溫環(huán)境下，鈦合金表面羥基磷灰石涂層更容易發(fā)生燒蝕現(xiàn)象，引起膜層局部腐蝕，膜層粗糙度也變大，同時溫度上升會導致試樣電流密度加大，影響成膜效果。這些原因使得鈦合金基體表面無法形成完整的氧化膜，還嚴重影響了羥基磷灰石涂層的性能。

實用新型內容為解決現(xiàn)有合金表面微弧氧化制備含羥基磷灰石涂層過程中陽極界面處的離子消耗導致電解溶液PH值隨之下降，嚴重電解溶液穩(wěn)定性以及微弧氧化過程中各種因素導致的電解溶液升溫較快，進而引起膜層局部腐蝕和膜層粗糙度變大，影響成膜效果的技術問題，本實用新型提供一種合金表面微弧氧化制備含羥基磷灰石涂層的裝置。本實用新型解決技術問題所采取的技術方案如下合金表面微弧氧化制備含羥基磷灰石涂層的裝置包括電源、電壓電流表、電源控制器、陽極、陰極、攪拌器、循環(huán)冷卻系統(tǒng)、電解槽、PH值控制器、pH值檢測傳感器和添加劑控制器；電源控制器與電源連接并對電源進行控制，電源的輸入端與交流V電源連接；循環(huán)冷卻系統(tǒng)和PH值檢測傳感器分別設置在電解槽兩端的內側，循環(huán)冷卻系統(tǒng)用于對電解槽內的電解液進行循環(huán)冷卻；pH值檢測傳感器用于檢測電解槽內部電解液的pH值；電解槽內側中部對稱設有陽極和陰極，其二者分別通過電壓電流表和導線與電源的輸出端連接；攪拌器設置于電解槽的上方，其攪拌葉片位于電解槽的陰極與陽極連線的中央，攪拌器用于對電解槽內部的電解液進行攪拌；添加劑控制器位于電解槽的上方，其用于承載調節(jié)電解液PH值的添加劑；pH值控制器的輸入端與pH值檢測傳感器連接，其輸出端與添加劑控制器連接，PH值控制器用于接收由pH值檢測傳感器檢測并傳送來的電解液pH值信號，并根據(jù)自身設定的目標PH值對添加劑控制器的投料口開度進行閉環(huán)控制。本實用新型的有益效果是該合金表面微弧氧化制備含羥基磷灰石涂層的裝置采用攪拌器使電解液形成對流循環(huán)，大幅增加電解溶液中離子的傳質效率，而循環(huán)冷卻系統(tǒng)又確保了電解溶液的溫度穩(wěn)定在最優(yōu)反應溫度范圍之內，從而有效地提高了微弧氧化膜的成膜效果。

圖I是本實用新型合金表面微弧氧化制備含羥基磷灰石涂層的裝置的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型做進一步詳細說明。如圖I所示，合金表面微弧氧化制備含羥基磷灰石涂層的裝置包括電源I、電壓電流表2、電源控制器3、陽極4、陰極5、攪拌器6、循環(huán)冷卻系統(tǒng)7、電解槽8、pH值控制器9、PH值檢測傳感器10和添加劑控制器11。電源控制器3與電源I連接并對電源I進行控制，電源I的輸出電源可以在-300V"720V之間任意設定或調節(jié)，其電流輸出范圍為O. IA 30 A，最大輸出功率為20KW，電源I的輸入端與交流380V電源連接。電解槽8采用非導體材料制作，循環(huán)冷卻系統(tǒng)7和pH值檢測傳感器10分別設置在電解槽8兩端的內側，循環(huán)冷卻系統(tǒng)7由空氣壓縮機、熱交換管和耐酸堿水泵組成，其用于對電解槽內的電解液進行循環(huán)冷卻。PH值檢測傳感器10用于檢測電解槽8內部電解液的pH值。電解槽8內側中部對稱設有陽極4和陰極5，其二者分別通過電壓電流表2和導線與電源I的輸出端連接。電壓電流表2的電壓表輸出顯不值為電壓峰值，其電流表輸出顯示值為平均電流。攪拌器6設置于電解槽8的上方，其攪拌葉片位于電解槽8的陰極5與陽極4連線的中央，攪拌器6用于對電解槽8內部的電解液進行攪拌。添加劑控制器11位于電解槽8的上方，其用于承載調節(jié)電解液pH值的添加劑。pH值控制器9的輸入端與pH值檢測傳感器10連接，其輸出端與添加劑控制器11連接，pH值控制器9用于接收由pH值檢測傳感器10檢測并傳送來的電解液pH值信號，并根據(jù)自身設定的目標pH值對添加劑控制器11的投料口開度進行閉環(huán)控制。電源I為高壓脈沖電源，其分別向陽極4和陰極5提供不對稱的脈沖高電壓，并能在額定范圍內分別對脈沖電壓的幅度、脈沖寬度和脈沖頻率進行獨立調節(jié)。循環(huán)冷卻系統(tǒng)7設置于電解槽8的陽極4所在的一端。添加劑控制器11設置于電解槽8的陰極5所在的一端。應用本實用新型的微弧氧化裝置時，先將鈦合金基體塊固定在陽極4，并將一塊相同大小的不銹鋼塊固定在陰極5，為pH值控制器9設定目標pH值為12. 5。之后，向添加劑控制器11的料斗內加入足量的氧化鈣顆粒并電解槽8內注入調配好的含羥基磷灰石的電解溶液。啟動攪拌器6開始攪拌的同時開啟循環(huán)冷卻系統(tǒng)7，并通過它們的攪拌作用促進電解液的對流作用并將電解液的溫度控制在50°C以下。
權利要求1.合金表面微弧氧化制備含羥基磷灰石涂層的裝置，其特征在于該裝置包括電源(I)、電壓電流表(2)、電源控制器(3)、陽極(4)、陰極(5)、攪拌器(6)、循環(huán)冷卻系統(tǒng)(7)、電解槽(8 )、pH值控制器(9 )、pH值檢測傳感器(10 )和添加劑控制器(11); 所述的電源控制器(3)與電源(I)連接并對電源(I)進行控制，電源(I)的輸入端與交流380V電源連接；循環(huán)冷卻系統(tǒng)(7)和pH值檢測傳感器(10)分別設置在電解槽(8)兩端的內側，循環(huán)冷卻系統(tǒng)(7)用于對電解槽內的電解液進行循環(huán)冷卻；pH值檢測傳感器(10)用于檢測電解槽(8)內部電解液的pH值；電解槽(8)內側中部對稱設有陽極(4)和陰極(5)，其二者分別通過電壓電流表(2)和導線與電源(I)的輸出端連接； 所述的攪拌器(6)設置于電解槽(8)的上方，其攪拌葉片位于電解槽(8)的陰極(5)與陽極(4)連線的中央，攪拌器(6)用于對電解槽(8)內部的電解液進行攪拌；添加劑控制器(II)位于電解槽(8)的上方，其用于承載調節(jié)電解液pH值的添加劑；pH值控制器(9)的輸入端與pH值檢測傳感器(10)連接，其輸出端與添加劑控制器(11)連接，pH值控制器(9)用于接收由PH值檢測傳感器(10)檢測并傳送來的電解液pH值信號，并根據(jù)自身設定的目標PH值對添加劑控制器(11)的投料口開度進行閉環(huán)控制。
2.如權利要求I所述的合金表面微弧氧化制備含羥基磷灰石涂層的裝置，其特征在于，所述的循環(huán)冷卻系統(tǒng)(7)設置于電解槽(8)的陽極(4)所在的一端；添加劑控制器(11)設置于電解槽(8)的陰極(5)所在的一端。
專利摘要合金表面微弧氧化制備含羥基磷灰石涂層的裝置屬于鈦合金微弧氧化制備生物陶瓷涂層領域，該裝置包括電源、電壓電流表、電源控制器、陽極、陰極、攪拌器、循環(huán)冷卻系統(tǒng)、電解槽、pH值控制器、pH值檢測傳感器和添加劑控制器。本實用新型的有益效果是該裝置采用攪拌器使電解液形成對流循環(huán)，大幅增加電解溶液中離子的傳質效率，循環(huán)冷卻系統(tǒng)確保了電解溶液的溫度穩(wěn)定在最優(yōu)反應溫度范圍之內，從而有效提高了微弧氧化膜的成膜效果。
文檔編號C25D11/00GK202808974SQ201220514989
公開日2013年3月20日 申請日期2012年10月9日 優(yōu)先權日2012年10月9日
發(fā)明者楊喜臻, 于思榮, 劉家安, 畢艷春, 馬琳 申請人:長春大學