一種電化學(xué)加工用電極的雙膜側(cè)壁絕緣方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種電化學(xué)加工用電極的雙膜側(cè)壁絕緣方法。該方法包括如下步驟：（1）將待處理的電極進(jìn)行微弧氧化處理，并保證所述電極的一端的端面不發(fā)生所述微弧氧化處理，在所述電極的側(cè)壁表面形成陶瓷膜；（2）將經(jīng)所述微弧氧化處理后的電極進(jìn)行電泳涂裝處理，并保證所述電極的一端的端面不發(fā)生所述電泳涂裝處理；在所述陶瓷膜的孔隙內(nèi)以及所述陶瓷膜的表面形成電泳漆膜，即實(shí)現(xiàn)對(duì)所述電極的絕緣處理。本發(fā)明與現(xiàn)有的側(cè)壁絕緣技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：1）耐久性強(qiáng)。側(cè)壁絕緣，端面裸露的電極在電解液中施加電解加工電壓，可長(zhǎng)時(shí)間不脫落。2）具有優(yōu)良的電絕緣性。電泳漆膜能夠有效地封住微弧氧化陶瓷膜的放電孔隙，而且其本身具有良好的電絕緣性。
【專利說(shuō)明】—種電化學(xué)加工用電極的雙膜側(cè)壁絕緣方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電化學(xué)加工用電極的雙膜側(cè)壁絕緣方法，屬于電化學(xué)加工【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]電解加工是電化學(xué)加工的重要組成部分，是基于電化學(xué)過(guò)程的陽(yáng)極溶解原理，借助預(yù)先成型的陰極，對(duì)材料進(jìn)行腐蝕加工的工藝方法。與其他機(jī)械加工方法相比，電解加工是以離子形式去除金屬材料，加工過(guò)程幾乎沒(méi)有切削力，且加工生產(chǎn)率高，表面質(zhì)量好，工具陰極無(wú)損耗，是一種非常有發(fā)展?jié)摿Φ募庸し椒ǎ绕溥m合于難加工材料的加工，在航空、航天、兵器、模具等行業(yè)中已得到了廣泛應(yīng)用。但電解加工過(guò)程中，非加工區(qū)存在的電場(chǎng)使得非加工區(qū)發(fā)生 了電化學(xué)溶解反應(yīng)，造成雜散腐蝕，進(jìn)而影響了電解加工的成形精度。為約束電場(chǎng)范圍，抑制雜散腐蝕，需要對(duì)陰極側(cè)壁進(jìn)行絕緣處理。
[0003]目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)陰極側(cè)壁絕緣的研究，主要集中在微細(xì)電解加工領(lǐng)域。微細(xì)電極的側(cè)壁絕緣對(duì)微細(xì)電解加工意義重大，側(cè)壁絕緣可以減小甚至阻止加工面的側(cè)面腐蝕，提高加工精度。微細(xì)電極對(duì)側(cè)壁絕緣有著嚴(yán)格的要求，要求絕緣層結(jié)構(gòu)致密，絕緣性高，厚度薄，粘附性強(qiáng)。針對(duì)微細(xì)電極的側(cè)壁絕緣，目前國(guó)內(nèi)外已有的絕緣方法有有機(jī)涂層法，PVD、CVD氣相沉積法，浸潰提拉法與滴涂法等。有機(jī)涂層法涂層結(jié)合力較強(qiáng)、絕緣性能好，但陰極外徑較小時(shí)，涂料不能均勻覆蓋在陰極表面上。氣相沉積法沉積的薄膜膜厚較為均勻、組織致密、無(wú)孔洞，但對(duì)電極和絕緣材料要求較高。浸潰提拉法與滴涂法能夠獲得絕緣性能好、厚度較薄的絕緣層。此外，清華大學(xué)李勇(專利號(hào)200810225440.1)采用旋涂法在電極表面涂敷絕緣材料，采用端面溶解法進(jìn)行電極端面的導(dǎo)電處理。上海交通大學(xué)汪紅(專利號(hào)201110386810.1)采用電泳沉積技術(shù)對(duì)電極表面鍍上絕緣膜，利用機(jī)械磨削方法去掉電極端面的絕緣I旲。這兩種方法涂覆的有機(jī)涂層與基體結(jié)合力有待于進(jìn)一步提聞，尤其是在聞壓沖液條件下，膜層耐久性明顯降低。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的是提供一種電化學(xué)加工用電極的雙膜側(cè)壁絕緣方法，本發(fā)明方法形成的絕緣膜致密均勻、絕緣性能好、耐久性強(qiáng)，本發(fā)明對(duì)端面進(jìn)行了保護(hù)，所以經(jīng)側(cè)壁絕緣處理后無(wú)需進(jìn)行端面導(dǎo)電處理，避免了端面處理對(duì)電極的破壞。
[0005]本發(fā)明所提供的一種電化學(xué)加工用電極的雙膜側(cè)壁絕緣方法，包括如下步驟:
[0006](1)將待處理的電極進(jìn)行微弧氧化處理，并保證所述電極的一端的端面不發(fā)生所述微弧氧化處理，在所述電極的側(cè)壁表面形成陶瓷膜；
[0007](2)將經(jīng)所述微弧氧化處理后的電極進(jìn)行電泳涂裝處理，并保證所述電極的一端的端面不發(fā)生所述電泳涂裝處理；在所述陶瓷膜的孔隙內(nèi)以及所述陶瓷膜的表面形成電泳漆膜，即實(shí)現(xiàn)對(duì)所述電極的絕緣處理。
[0008]上述的雙膜側(cè)壁絕緣方法中，步驟(1)和步驟(2)中，通過(guò)使所述電極的一端的端面與一絕緣平臺(tái)的表面貼合配合來(lái)保護(hù)所述電極的一端的端面。
[0009]上述的雙膜側(cè)壁絕緣方法中，步驟(1)中，采用脈沖電壓，其參數(shù)為:正脈沖:450V~480V，具體可為450V或480V，負(fù)脈沖:_80V~-150V，具體可為-80V或-90V ;脈沖頻率:50Hz~200Hz，具體可為50Hz~100Hz、50Hz或100Hz ;占空比:1%~10%，具體可為5% ~10%、5% 或 10%。
[0010]上述的雙膜側(cè)壁絕緣方法中，步驟(1)中，所述微弧氧化處理可在電解質(zhì)中進(jìn)行，所述電解質(zhì)的溶質(zhì)為硅酸鹽、偏鋁酸鹽、鎢酸鹽和磷酸鹽中任一種與強(qiáng)堿的混合物，所述強(qiáng)堿為氫氧化鈉或氫氧化鉀。
[0011]上述的雙膜側(cè)壁絕緣方法中，所述電解液中，所述溶質(zhì)中硅酸鹽、偏鋁酸鹽、鎢酸鹽和磷酸鹽中任一種鹽的質(zhì)量體積濃度可為6~14g/L，所述溶質(zhì)中強(qiáng)堿的質(zhì)量體積濃度可為2~10g/L。
[0012]上述的雙膜側(cè)壁絕緣方法中，步驟(1)中，所述微弧氧化處理的溫度可為25°C~40。。。
[0013]上述的雙膜側(cè)壁絕緣方法中，步驟(2)中，所述電泳涂裝處理采用80V~100V的直流電壓，如80V或100V。
[0014]上述的雙膜側(cè)壁絕緣方法中，步驟(2 )中，所述電泳涂裝處理在稀釋后的電泳漆中進(jìn)行，所述電泳漆由雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂、二乙醇胺、聚酰胺樹(shù)脂、甲苯二異氰酸酯和甲基異丁基甲酮組成；
[0015]所述電泳漆中，所述雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂的質(zhì)量百分含量為30%，所述二乙醇胺的質(zhì)量百分含量為2%，所述聚酰胺樹(shù)脂的質(zhì)量百分含量為25%，所述甲苯二異氰酸酯的質(zhì)量百分含量為23%，所述甲基異丁基甲酮的質(zhì)量百分含量為20% ；
[0016]用去離子水稀釋所述電泳`漆，所述去離子水的電導(dǎo)率不高于10μ s/cm，所述電泳漆和所述去離子水的體積比為1:1~2 ;
[0017]所述稀釋后的電泳漆的pH為5.5~6.0。
[0018]上述的雙膜側(cè)壁絕緣方法中，所述步驟(2)中，所述電泳涂裝處理的溫度可為18~32°C，時(shí)間可為20~30s，如在25°C下處理20s或30s。
[0019]上述的雙膜側(cè)壁絕緣方法中，所述步驟(2)中，所述電泳涂裝處理后需要對(duì)涂裝處理后的漆膜進(jìn)行烘干，所述烘干的溫度為180~200°C，具體可為180°C或200°C，時(shí)間為20 ~30min,具體可為 20min 或 30min。
[0020]本發(fā)明利用微弧氧化技術(shù)和電泳涂裝技術(shù)對(duì)電極進(jìn)行側(cè)壁絕緣，形成厚度10~
30μ m (如20 μ m或25 μ m)的均勻、致密的絕緣膜，與現(xiàn)有的側(cè)壁絕緣技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0021]1)耐久性強(qiáng)。側(cè)壁絕緣，端面裸露的電極在電解液中施加電解加工電壓，可長(zhǎng)時(shí)間不脫落。
[0022]2)具有優(yōu)良的電絕緣性。電泳漆膜能夠有效地封住微弧氧化陶瓷膜的放電孔隙，而且其本身具有良好的電絕緣性。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為電極微弧氧化處理后截面剖開(kāi)絕緣膜局部放大示圖；[0024]圖2為電極微弧氧化再電泳封孔后截面剖開(kāi)絕緣膜局部放大示圖；
[0025]圖中各標(biāo)記如下:
[0026]1電極基體、2微弧氧化陶瓷膜、3微弧氧化放電孔隙、4電泳漆膜。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下述實(shí)施例中所使用的實(shí)驗(yàn)方法如無(wú)特殊說(shuō)明，均為常規(guī)方法。
[0028]下述實(shí)施例中所用的材料、試劑等，如無(wú)特殊說(shuō)明，均可從商業(yè)途徑得到。
[0029]實(shí)施例1、對(duì)電極進(jìn)行雙膜側(cè)壁絕緣
[0030]( 1)對(duì)于普通電極，成形后用砂紙進(jìn)行打磨拋光，丙酮除油處理，對(duì)于微細(xì)電極，無(wú)需進(jìn)行打磨拋光處理。
[0031](2)對(duì)電極用去離子水進(jìn)行表面清洗，烘干后連接于微弧氧化裝置中，電極工件作為陽(yáng)極放于電解液中，使電極端面與表面貼有平整玻璃的絕緣平臺(tái)表面緊密貼合，電解槽作為陰極進(jìn)行微弧氧化加工。脈沖電源參數(shù)為:正脈沖電壓為450V，負(fù)脈沖電壓為-80V，脈沖頻率為50Hz,占空比為5% ;電解液組成為:偏招酸鈉為10g/L,氫氧化鈉為2g/L ;微弧氧化處理的溫度為25°C。
[0032](3)微弧氧化處理后，將電極取出進(jìn)行烘干和打磨，再將電極作為陰極置于電泳漆中進(jìn)行陰極電泳涂裝封孔處理，電泳電壓為80V，電泳漆(由30wt%的雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂、2wt%的二乙醇胺、25wt%的聚酰胺樹(shù)脂、23wt%甲苯二異氰酸酯和25wt%甲基異丁基甲酮組成)和去離子水的體積比為1:1，去離子水電導(dǎo)率為10 μ s/cm，稀釋后的電泳漆液的pH為
5.5，電泳涂裝處理的時(shí)間為20s，烘干溫度為180°C，烘干時(shí)間為20min，電泳涂裝處理的溫度為25°C。
[0033](4)電極清洗干凈后進(jìn)行烘干處理，烘干溫度80°C，烘干時(shí)間為5min。
[0034]上述的步驟中，經(jīng)微弧氧化處理后在電極側(cè)壁上得到陶瓷絕緣膜，該陶瓷絕緣膜局部放大示意圖如圖1所示，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從電極基體表面1生成了微弧氧化陶瓷膜層2，陶瓷膜層含有放電形成的孔隙3。然后對(duì)已經(jīng)過(guò)微弧氧化處理的電極進(jìn)行陰極電泳涂裝處理形成電泳漆膜，至此得到的絕緣膜局部放大示意圖如圖2所示，電泳漆將陶瓷膜層的孔隙封住，并在陶瓷膜表面形成一層均勻的電泳漆層，其厚度為20 μ m，大幅提高側(cè)壁絕緣膜的耐腐蝕性和電絕緣性。能夠達(dá)到電化學(xué)加工側(cè)壁絕緣的目的。
[0035]本實(shí)施例制備的絕緣膜具有良好的電絕緣性，將不銹鋼板和表面全部進(jìn)行雙膜絕緣處理的電極放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的硝酸鈉電解液中，電極接直流電源負(fù)極，不銹鋼板接電源正極，調(diào)整電極底面和工件的距離為5(^111，施加8(^直流電壓。檢測(cè)通過(guò)電極和不銹鋼板的電流，結(jié)果為0A。一般電解加工電壓都在15V以下，說(shuō)明本實(shí)施例制備的絕緣膜，其電絕緣性能完全能夠勝任電解加工要求。
[0036]本實(shí)施例中，陶瓷膜具有較強(qiáng)的耐久性，將側(cè)壁覆蓋雙膜絕緣層，底面裸露的電極放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的硝酸鈉電解液中，電極和不銹鋼板分別接直流電源的負(fù)極和正極，施加15V電壓，通過(guò)檢測(cè)通過(guò)電極和不銹鋼板的電流，判斷絕緣膜是否脫落。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，電流在前9.0小時(shí)內(nèi)都保持為0.1A，9.0小時(shí)之后開(kāi)始逐漸增大。說(shuō)明本實(shí)施例制備的絕緣膜耐久性至少達(dá)到9.0小時(shí)。
[0037]實(shí)施例2、對(duì)電極進(jìn)行雙膜側(cè)壁絕緣[0038]( 1)對(duì)于普通電極，成形后用砂紙進(jìn)行打磨拋光，丙酮除油處理，對(duì)于微細(xì)電極，無(wú)需進(jìn)行打磨拋光處理。
[0039](2)對(duì)電極用去離子水進(jìn)行表面清洗，烘干后連接于微弧氧化裝置中，電極工件作為陽(yáng)極放于電解液中，使電極端面與表面貼有平整玻璃的絕緣平臺(tái)表面緊密貼合，電解槽作為陰極進(jìn)行微弧氧化加工。脈沖電源參數(shù)為:正脈沖電壓為480V，負(fù)脈沖電壓為-90V，脈沖頻率為100Hz，占空比為10% ;電解液組成為:偏鋁酸鈉10g/L，氫氧化鈉2g/L ;微弧氧化處理的溫度為25°C。
[0040](3)微弧氧化處理后，將電極取出進(jìn)行烘干和打磨，再將電極作為陰極置于電泳漆中進(jìn)行陰極電泳涂裝封孔處理，電泳電壓為100V，電泳漆(由30wt%的雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂、2wt%的二乙醇胺、25wt%的聚酰胺樹(shù)脂、23wt%甲苯二異氰酸酯和25wt%甲基異丁基甲酮組成)和去離子水的體積比1:2，去離子水電導(dǎo)率為10μ s/cm，稀釋后的電泳漆液的pH為6.0，電泳涂裝處理的時(shí)間為30s，烘干溫度為200°C，烘干時(shí)間為30min，電泳涂裝處理的溫度為25。。。
[0041](4)電極清洗干凈后進(jìn)行烘干處理，烘干溫度為80°C，烘干時(shí)間為5min。
[0042]上述的步驟中，經(jīng)微弧氧化處理后在電極側(cè)壁上得到陶瓷絕緣膜，該陶瓷絕緣膜局部放大示意圖如圖1所示，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從電極基體表面1生成了微弧氧化陶瓷膜層2，陶瓷膜層含有放電形成的孔隙3。然后對(duì)已經(jīng)過(guò)微弧氧化處理的電極進(jìn)行陰極電泳涂裝處理形成電泳漆膜，至此得到的絕緣膜局部放大示意圖如圖2所示，電泳漆將陶瓷膜層的孔隙封住，并在陶瓷膜表面形成一層均勻的電泳漆層，其厚度為25 μ m，大幅提高側(cè)壁絕緣膜的耐腐蝕性和電絕緣性。能夠達(dá)到電化學(xué)加工側(cè)壁絕緣的目的。
[0043]本實(shí)施例制備的絕緣膜具有良好的電絕緣性，將不銹鋼板和表面全部進(jìn)行雙膜絕緣處理的電極放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的硝酸鈉電解液中，電極接直流電源負(fù)極，不銹鋼板接電源正極，調(diào)整電極底面和工件的距離為50 μ m，施加100V電壓。檢測(cè)電極和不銹鋼板的電流，結(jié)果為0A。一般電解加工電壓都在15V以下，說(shuō)明本實(shí)施例制備的絕緣膜，其電絕緣性能完全能夠勝任電解加工要求。
[0044]本實(shí)施例中，陶瓷膜具有較強(qiáng)的耐久性，將側(cè)壁覆蓋雙膜絕緣層，底面裸露的電極放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的硝酸鈉電解液中，電極和不銹鋼板分別接直流電源的負(fù)極和正極，施加15V電壓，通過(guò)檢測(cè)通過(guò)電極和不銹鋼板的電流，判斷絕緣膜是否脫落。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，電流在前9.8小時(shí)內(nèi)都保持在0.1A，9.8小時(shí)之后開(kāi)始逐漸增大。說(shuō)明本實(shí)施例制備的絕緣膜耐久性至少達(dá)到9.8小時(shí)。
【權(quán)利要求】
1.一種電化學(xué)加工用電極的雙膜側(cè)壁絕緣方法，包括如下步驟:(1)將待處理的電極進(jìn)行微弧氧化處理，并保證所述電極的一端的端面不發(fā)生所述微弧氧化處理，在所述電極的側(cè)壁表面形成陶瓷膜；(2)將經(jīng)所述微弧氧化處理后的電極進(jìn)行電泳涂裝處理，并保證所述電極的一端的端面不發(fā)生所述電泳涂裝處理，在所述陶瓷膜的孔隙內(nèi)以及所述陶瓷膜的表面形成電泳漆膜，即實(shí)現(xiàn)對(duì)所述電極的絕緣處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙膜側(cè)壁絕緣方法，其特征在于:步驟(1)中，所述微弧氧化處理采用脈沖電壓，其參數(shù)為:正脈沖:400V~480V，負(fù)脈沖:-80V~-150V ;脈沖頻率:50Hz ~200Hz ；占空比:1% ~10%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙膜側(cè)壁絕緣方法，其特征在于:步驟(1)中，所述微弧氧化處理在電解液中進(jìn)行，所述電解質(zhì)的溶質(zhì)為硅酸鹽、偏鋁酸鹽、鎢酸鹽和磷酸鹽中任一種與強(qiáng)堿的混合物，所述強(qiáng)堿為氫氧化鈉或氫氧化鉀。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙膜側(cè)壁絕緣方法，其特征在于:所述電解液中，所述溶質(zhì)中硅酸鹽、偏鋁酸鹽、鎢酸鹽和磷酸鹽中任一種鹽的質(zhì)量體積濃度為6~14g/L，所述溶質(zhì)中強(qiáng)堿的質(zhì)量體積濃度為2~10g/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的雙膜側(cè)壁絕緣方法，其特征在于:步驟(1)中，所述微弧氧化處理的溫度為25°C~40°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的雙膜側(cè)壁絕緣方法，其特征在于:步驟(2)中，所述電泳涂裝處理采用80V~100V的直流電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的雙膜側(cè)壁絕緣方法，其特征在于:步驟(2)中，所述電泳涂裝處理在稀釋后的電泳漆中進(jìn)行，所述電泳漆由雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂、二乙醇胺、聚酰胺樹(shù)脂、甲苯二異氰酸酯和甲基異丁基甲酮組成；所述電泳漆中，所述雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂的質(zhì)量百分含量為30%，所述二乙醇胺的質(zhì)量百分含量為2%，所述聚酰胺樹(shù)脂的質(zhì)量百分含量為25%，所述甲苯二異氰酸酯的質(zhì)量百分含量為23%，所述甲基異丁基甲酮的質(zhì)量百分含量為20% ；用去離子水稀釋所述電泳漆，所述去離子水的電導(dǎo)率不高于10μ s/cm，所述電泳漆和所述去離子水的體積比為1:1~2 ;所述稀釋后的電泳漆的pH為5.5~6.0。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的雙膜側(cè)壁絕緣方法，其特征在于:步驟(2)中，所述電泳涂裝處理的溫度為18~32°C，時(shí)間為20~30s。
【文檔編號(hào)】C25D13/06GK103668380SQ201310692568
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月17日
【發(fā)明者】韓福柱, 王津, 陳偉, 高峰 申請(qǐng)人:清華大學(xué)