基于磁场调控的热电化学氧化装置

1.本发明涉及表面处理技术领域，具体涉及一种基于磁场调控的热电化学氧化装置。


背景技术：

2.热电化学氧化又称为微等离子体氧化、等离子热电化学氧化、等离子体增强电化学表面陶瓷化等，其工作电压较高。然而在对材料进行热电化学氧化过程中，过量的等离子体集聚会导致在材料表面形成不均匀烧蚀，影响表面处理质量。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种基于磁场调控的热电化学氧化装置，通过辅助磁场调控热电化学氧化过程中等离子体的运动，减少微弧氧化过程中等离子体的集聚，降低等离子体的剧烈程度，避免不均匀烧蚀，从而实现对热电化学氧化工艺的优化。
4.为实现上述发明目的，本发明的技术方案具体如下：
5.基于磁场调控的热电化学氧化装置，包括镀池，镀池内具有电解液，待处理工件位于电解液中，待处理工件和电解液分别与热电化学氧化电源相连，镀池旁还具有产生磁场的部件。
6.进一步的，产生磁场的部件的轴向垂直或平行于待处理工件发生热电化学氧化的表面。
7.进一步的，所述产生磁场的部件为n个，n≥2且n为偶数，所述产生磁场的部件对称分布于所述待处理工件发生热电化学氧化的表面的两侧。
8.进一步的，所述待处理工件是导体线材，导体线材的两端分别缠绕在放卷装置和收卷装置上，所述镀池包括镀池一和镀池二，镀池一和镀池二是两个圆筒形电极，导体线材在收卷装置的牵引下沿圆筒形电极的轴线穿过电解液，镀池一和镀池二分别与热电化学氧化电源相连，其特征在于，所述n＝4，4个产生磁场的部件2个一组在镀池外沿导体线材对称分布。
9.进一步的，所述导体线材是扁铝线或铝箔。
10.进一步的，所述产生磁场的部件是永磁体或螺线圈，螺线圈与直流电源相连。
11.进一步的，所述螺线圈与直流电源相连的电路上还具有电流调节装置。
12.进一步的，所述产生磁场的部件的个数不少于3个，产生磁场的部件分布在镀池周围，所述产生磁场的部件是螺线管，在热电化学氧化过程中的不同时刻周期性的依次调节各螺线管中的电流大小，使镀池周围产生动态旋的转磁场。
13.进一步的，所述产生磁场的部件在镀池周围等间距分布在同一圆环上，所述待处理工件位于圆环中心。
14.进一步的，所述待处理工件是长方体，所述产生磁场的部件的个数是4，4个产生磁场的部件对称分布于长方体工件的四周，在热电化学氧化过程中周期性的依次调节4个螺
线管中的电流大小。
15.与现有技术，本发明的有益技术效果：
16.本发明的一种基于磁场调控的热电化学氧化装置，通过外置磁场调控热电化学氧化过程中等离子体的运动，减少热电化学氧化过程中等离子体的集聚，降低等离子体的剧烈程度，避免不均匀烧蚀，从而实现对热电化学氧化工艺的优化；
17.通过在垂直于镀件表面方向施加纵向磁场，利用与等离子体轴线平行的纵向磁场来调控热电化学氧化过程中等离子体的形态，抑制等离子体的集聚，降低等离子体的剧烈程度；提高形成阳极斑点的电流阀值，使等离子体在大电流时仍能维持在扩散态，极大地减轻对材料的烧蚀。
18.通过与等离子体轴线垂直的横向磁场在等离子体上施加洛伦兹力，促使电弧运动、降温，从而缩短等离子体燃烧时间，避免不均匀烧蚀，增加横向磁场还可以减短等离子体开始运动所需要的时间，起到促进等离子体运动的作用。
附图说明
19.图1是本发明实施例1中基于磁场调控的热电化学氧化装置的结构示意图；
20.图2是本发明实施例1中通过磁场调控等离子体形态的原理示意图，其中左图是未施加磁场，右图是施加磁场；
21.图3是本发明实施例2中的基于磁场调控的热电化学氧化装置的结构示意图；
22.图4是本发明实施例4中的旋转磁场调控的热电化学氧化装置的结构示意图。
具体实施方式：
23.下面将结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
24.实施例1
25.如图1所示，一种基于磁场调控的热电化学氧化装置，包括镀池一2和镀池二3，镀池内具有电解液，两个镀池内分别放置有圆筒形的电极一4和电极二5，扁铝线1穿过镀池一2、镀池二3及其中的电极一4和电极二5(这种热电化学氧化装置为现有技术，其具体结构与工作原理参见中国发明专利cn2021116747753)。此外，还包括作为外置产生磁场的部件的螺线圈6。4个螺线圈6两个一组在镀池外沿扁铝线1对称分布。
26.本发明的装置利用与等离子体轴线平行的纵向磁场来调控等离子体形态。纵向磁场可以抑制等离子体的集聚，提高形成阳极斑点的电流阀值，使等离子体在大电流时仍能维持在扩散态，极大地减轻了材料的烧蚀。在纵向磁场对等离子体的调控方面，纵向磁场的基本作用是使电子绕着纵向磁场的磁力线作旋转运动，从而限制了电子的径向收缩或扩散，由于电子的运动受到限制，等离子体中的静电力也会限制离子的运动，以减小等离子体的径向损失。如图2所示，在进行热电化学氧化时，扁铝线1上生成陶瓷膜层101，当未施加磁场时(图2左)，等离体102集聚程度高，导致等离子体102温度高和强度大，容易造成不均匀的烧蚀；当施加磁场后(图2右)，纵向的磁场可以抑制等离子体102的集聚，提高形成阳极斑点的电流阀值，使等离子体102在大电流时仍能维持在扩散态，可极大减轻对材料的烧蚀。
27.实施例2
28.如图3所示，本实施例与实施例1不同之处在于，镀池和电极只使用一个，扁铝线1
和圆筒形电极4分别接热电化学氧化电源，一对螺线圈6对称分布在扁铝线1两侧。螺线圈与直流电源相连的电路上还具有电流调节装置，根据热电化学氧化过程中工艺参数的不同调整电流大小，实现对磁场强度的调控。
29.实施例3
30.一种旋转磁场调控的热电化学氧化装置，与实施例1相比，本实施例中产生磁场的部件为多个，产生磁场的部件围绕着镀池等间距分布。优选的，产生磁场的部件在镀池周围分布在同一圆环上，待处理工件则位于圆环中心。产生磁场的部件是螺线管，在热电化学氧化过程中的不同时刻周期性的依次调节各螺线管中的电流大小，使镀池周围产生旋转磁场，促使电弧运动、降温，从而缩短等离子体燃烧时间，以调控热电化学氧化过程中等离子体的运动，减少热电化学氧化过程中等离子体的集聚，避免不均匀烧蚀，实现对热电化学氧化工艺的优化。增加横向磁场还可以减短等离子体开始运动所需要的时间，起到促进等离子体运动的作用
31.实施例4
32.如图4所示，一种基于旋转磁场调控的热电化学氧化装置，包括镀池9、电极8和长方体形的待处理工件7，4螺线管6在镀池9周围等间距分布，在热电化学氧化过程中周期性的依次调节4个螺线管6中的电流大小，使镀池9周围产生动态变化的螺旋的磁场。


技术特征：
1.基于磁场调控的热电化学氧化装置，包括镀池，镀池内具有电解液，待处理工件位于电解液中，待处理工件和电解液分别与热电化学氧化电源相连，其特征在于，镀池旁还具有产生磁场的部件。2.根据权利要求1所述的基于磁场调控的热电化学氧化装置，其特征在于，所述产生磁场的部件轴向垂直于所述待处理工件发生热电化学氧化的表面。3.根据权利要求2所述的基于磁场调控的热电化学氧化装置，其特征在于，所述产生磁场的部件为n个，n≥2且n为偶数，所述产生磁场的部件对称分布于所述待处理工件发生热电化学氧化的表面的两侧。4.根据权利要求3所述的基于磁场调控的热电化学氧化装置，其特征在于，所述待处理工件是导体线材，导体线材的两端分别缠绕在放卷装置和收卷装置上，所述镀池包括镀池一和镀池二，镀池一和镀池二是两个圆筒形电极，导体线材在收卷装置的牵引下沿圆筒形电极的轴线穿过电解液，镀池一和镀池二分别与热电化学氧化电源相连，所述n＝4，4个产生磁场的部件2个一组在镀池外沿导体线材对称分布。5.根据权利要求4所述的基于磁场调控的热电化学氧化装置，其特征在于，所述导体线材是扁铝线或铝箔。6.根据权利要求3所述的基于磁场调控的热电化学氧化装置，其特征在于，所述产生磁场的部件是永磁体或螺线圈，螺线圈与直流电源相连。7.根据权利要求6所述的基于磁场调控的热电化学氧化装置，其特征在于，所述螺线圈与直流电源相连的电路上还具有电流调节装置。8.根据权利要求1所述的基于磁场调控的热电化学氧化装置，其特征在于，所述产生磁场的部件的个数不少于3个，产生磁场的部件分布在镀池周围，所述产生磁场的部件是螺线管，在热电化学氧化过程中的不同时刻周期性的依次调节各螺线管中的电流大小，使镀池周围产生旋转磁场。9.根据权利要求8所述的基于磁场调控的热电化学氧化装置，其特征在于，所述产生磁场的部件在镀池周围等间距分布在同一圆环上，所述待处理工件位于圆环中心。10.根据权利要求9所述的基于磁场调控的热电化学氧化装置，其特征在于，所述待处理工件是长方体，所述产生磁场的部件的个数是4，4个产生磁场的部件对称分布于长方体工件的四周，在热电化学氧化过程中周期性的依次调节4个螺线管中的电流大小。

技术总结
基于磁场调控的热电化学氧化装置，包括镀池，镀池内具有电解液，待处理工件位于电解液中，待处理工件和电解液分别与热电化学氧化电源相连，其特征在于，镀池旁还具有产生磁场的部件。本发明的基于磁场调控的热电化学氧化装置，通过外置磁场调控热电化学氧化过程中等离子体的运动，减少热电化学氧化过程中等离子体的集聚，降低等离子体的剧烈程度，避免不均匀烧蚀。烧蚀。烧蚀。


技术研发人员：李昊旻 于飞 王连可 雷厉
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2022.01.28
技术公布日：2022/5/31