實(shí)驗(yàn)用鎂合金表面制備微弧氧化活性涂層的裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種實(shí)驗(yàn)用鎂合金表面制備微弧氧化活性涂層的裝置包括電源箱、鎂合金樣品、不銹鋼板、電解槽，鎂合金樣品做為陽極與電源箱的輸出正極相連接，不銹鋼板做為陰極與電源箱的輸出負(fù)極相連接，電解槽內(nèi)設(shè)置有攪拌器和循環(huán)冷卻裝置，還包括PH傳感器、PH控制器、添加劑控制器，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(zhì)效率，循環(huán)冷卻裝置確保了電解溶液的溫度穩(wěn)定在最優(yōu)反應(yīng)溫度范圍之內(nèi)，從而有效提高了鎂合金微弧氧化活性涂層膜的成膜效果，本裝置克服了當(dāng)前微弧氧化電源操作復(fù)雜、成本昂貴、設(shè)備體型重大等而難以適合于小型的實(shí)驗(yàn)使用的缺點(diǎn)，可以適合實(shí)驗(yàn)用小功率鎂合金微弧氧化。
【專利說明】
實(shí)驗(yàn)用鎂合金表面制備微弧氧化活性涂層的裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種實(shí)驗(yàn)用鎂合金表面制備微弧氧化活性涂層的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]可降解吸收的生物材料的研究是當(dāng)前生物材料領(lǐng)域的國際研究前沿和熱點(diǎn)。鎂及鎂合金是作為一種體內(nèi)可降解的金屬材料，它的組織韌性比陶瓷生物材料好;另外彈性模量和抗壓強(qiáng)度也比其他金屬植入材料更接近人骨，可以避免將金屬植入人體內(nèi)因材料的彈性模量不匹配產(chǎn)生的應(yīng)力屏蔽現(xiàn)象。鎂及鎂合金的密度約為1.7 g/cm3，與人體致密骨的密度1.75 8/0113最為接近，遠(yuǎn)低于116414￥的密度4.47 g/cm3。另外鎂元素本身就是人體所必需的元素，能夠加速骨細(xì)胞的形成，骨細(xì)胞的愈合等。鎂元素還與神經(jīng)、肌肉和心臟關(guān)系密切。但是鎂及其合金的耐蝕性較差，特別是在PH值低于11.5、C1-存在的生理環(huán)境中腐蝕速率更快，限制鎂合金臨床應(yīng)用。表面改性是有效控制鎂合金的降解速率、改善生物相容性的一條重要途徑。目前制備鎂合金生物活性涂層的方法很多，有等離子噴涂，電化學(xué)沉積法、溶膠凝膠法、仿生生長法，微弧氧化法等，其中等離子噴涂以后得到的涂層中大部分羥基磷灰石已經(jīng)分解，大大降低了其生物活性和生物相容性，同時(shí)涂層與基體間具有較大的殘余應(yīng)力;而電化學(xué)沉積法、溶膠凝膠法、仿生生長法得到的HA涂層和基體鎂合金的結(jié)合強(qiáng)度較低，在植入過程中容易脫落等問題。微弧氧化是一種在Al、Mg、Ti等有色金屬表面原位生長陶瓷膜的表面處理新技術(shù)，技術(shù)上具有先進(jìn)性。該技術(shù)能改善金屬表面的耐磨損、耐腐蝕、耐熱沖擊及絕緣性能，可以獲得結(jié)合強(qiáng)度較高的氧化層。現(xiàn)有的生物鎂合金表面微弧氧化制備含羥基磷灰石等活性涂層過程中，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(huì)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(jìn)而形成了向電極方向的濃度梯度。而單獨(dú)依靠電解溶液自身梯度差的傳質(zhì)過程，其傳質(zhì)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(yīng)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(yīng)也產(chǎn)生和釋放出熱量，這些熱效應(yīng)都會(huì)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緩慢。同時(shí)在高溫環(huán)境下，鎂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(shí)溫度上升會(huì)導(dǎo)致試樣電流密度加大，影響成膜效果。這些原因使得鐵合金基體表面無法形成完整的氧化膜，還嚴(yán)重影響了羥基磷灰石等活性涂層的性能。同時(shí)，當(dāng)前微弧氧化電源都有操作復(fù)雜、成本昂貴、設(shè)備體型重大等缺點(diǎn)難以適合于小型的實(shí)驗(yàn)使用。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型目的在于提供一種實(shí)驗(yàn)用鎂合金表面制備微弧氧化活性涂層的裝置。
[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的一種技術(shù)方案是，一種實(shí)驗(yàn)用鎂合金表面制備微弧氧化活性涂層的裝置，包括電源箱、鎂合金樣品、不銹鋼板、電解槽，所述電解槽內(nèi)設(shè)置有電解液，鎂合金樣品、不銹鋼板對稱設(shè)置在電解槽內(nèi)，鎂合金樣品做為陽極與電源箱的輸出正極相連接，不銹鋼板做為陰極與電源箱的輸出負(fù)極相連接，電解槽內(nèi)設(shè)置有攪拌器和循環(huán)冷卻裝置。
[0005]進(jìn)一步的，攪拌器設(shè)置電解槽上部并位于鎂合金樣品與不銹鋼板之間。
[0006]進(jìn)一步的，所述循環(huán)冷卻裝置包括熱交換管、空氣壓縮機(jī)、水栗，空氣壓縮機(jī)、水栗設(shè)置在電解槽外，空氣壓縮機(jī)與水栗相連接，熱交換管設(shè)置在電解槽內(nèi)鎂合金樣品所在那偵U，熱交換管與水栗相連接。
[0007]進(jìn)一步的，還包括PH傳感器、PH控制器、添加劑控制器，PH傳感器、添加劑控制器均與PH控制器電性連接，PH傳感器設(shè)置在電解槽內(nèi)，添加劑控制器設(shè)置在電解槽上方并位于不銹鋼板所在那側(cè)。
[0008]進(jìn)一步的，所述電源箱內(nèi)設(shè)置有依次電性連接的交流電源、空氣開關(guān)、調(diào)壓器、整流橋、電容、電壓電流表。
[0009]進(jìn)一步的，所述空氣開關(guān)為型號為DZ47LE2P10A帶有漏電保護(hù)的斷路器。
[0010]進(jìn)一步的，所述調(diào)壓器的型號為TDGC2-3KVA。
[0011 ]進(jìn)一步的，所述整流橋?yàn)?00A/1600V的單相全波整流橋。
[0012]進(jìn)一步的，所述電容的規(guī)格為450V/1000yF。
[0013]進(jìn)一步的，所述電壓電流表為D85-3050雙顯數(shù)字直流電壓電流表。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果: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(zhì)效率，循環(huán)冷卻裝置確保了電解溶液的溫度穩(wěn)定在最優(yōu)反應(yīng)溫度范圍之內(nèi)，從而有效提高了鎂合金微弧氧化活性涂層膜的成膜效果，本裝置具有造價(jià)低廉、制作方便、操作簡單以及適用性廣等優(yōu)點(diǎn)，且樣品活性涂層表面均勻、性能好，克服了當(dāng)前微弧氧化電源操作復(fù)雜、成本昂貴、設(shè)備體型重大等而難以適合于小型的實(shí)驗(yàn)使用的缺點(diǎn)，可以適合實(shí)驗(yàn)用小功率鎂合金微弧氧化。
[0015]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
【附圖說明】
[0016]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2是電源箱的電源電路圖。
[0018]圖中:
[0019]1-電源箱;2-不銹鋼板;3-鎂合金樣品；4-電解槽;5-熱交換管;6-空氣壓縮機(jī);7-水栗;9-PH傳感器；10-添加劑控制器；11-交流電源；12-空氣開關(guān)；13-調(diào)壓器；14-整流橋；15-電容;16-攪拌器。
【具體實(shí)施方式】
[0020]如圖1-2所示，一種實(shí)驗(yàn)用鎂合金表面制備微弧氧化活性涂層的裝置，包括電源箱1、鎂合金樣品3、不銹鋼板2、電解槽4，所述電解槽4內(nèi)設(shè)置有電解液，鎂合金樣品3、不銹鋼板2對稱設(shè)置在電解槽4內(nèi)，鎂合金樣品3做為陽極與電源箱I的輸出正極相連接，不銹鋼板2做為陰極與電源箱I的輸出負(fù)極相連接，電解槽4內(nèi)設(shè)置有攪拌器16和循環(huán)冷卻裝置，循環(huán)冷卻裝置用于對電解槽4內(nèi)的電解液進(jìn)行循環(huán)冷卻。
[0021]在本實(shí)施例中，攪拌器16設(shè)置電解槽4上部并位于鎂合金樣品3與不銹鋼板2之間，攪拌器16用于對電解槽4內(nèi)部的電解液進(jìn)行攪拌。
[0022]在本實(shí)施例中，所述循環(huán)冷卻裝置包括熱交換管5、空氣壓縮機(jī)6、水栗7，空氣壓縮機(jī)6、水栗7設(shè)置在電解槽4外，空氣壓縮機(jī)6與水栗7相連接，熱交換管5設(shè)置在電解槽4內(nèi)鎂合金樣品3所在那側(cè)，熱交換管5與水栗7相連接。
[0023]在本實(shí)施例中，還包括PH傳感器9、PH控制器、添加劑控制器10，PH傳感器9、添加劑控制器10均與PH控制器電性連接，PH傳感器9設(shè)置在電解槽4內(nèi)，添加劑控制器10設(shè)置在電解槽4上方并位于不銹鋼板2所在那側(cè)，添加劑控制器10用于承載調(diào)節(jié)電解液pH值的添加劑，PH值檢測傳感器9用于檢測電解槽4內(nèi)部電解液的pH值。
[0024]在本實(shí)施例中，所述電源箱I內(nèi)設(shè)置有依次電性連接的交流電源11、空氣開關(guān)12、調(diào)壓器13、整流橋14、電容15、電壓電流表。
[0025]在本實(shí)施例中，所述空氣開關(guān)12為型號為DZ47LE2P10A帶有漏電保護(hù)的斷路器，在電路中起到過載保護(hù)、短路保護(hù)、漏電保護(hù)的作用。
[0026]在本實(shí)施例中，目前常用鎂合金的微弧氧化起弧電壓在50V-150V都可，因此，更具本次需要的電流最大可以是1A的情況下，所述調(diào)壓器13的型號為TDGC2-3KVA。
[0027]在本實(shí)施例中，所述整流橋14為100A/1600V的單相全波整流橋，整流橋是將四個(gè)硅流管以橋路形式連接并用塑料封裝的半導(dǎo)體器件，整流橋可以將交流電路整流成單一方向的電流電路，具有體積小、參數(shù)一致性、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。
[0028]在本實(shí)施例中，經(jīng)過整流橋以后的電路是脈動(dòng)直流，波動(dòng)范圍會(huì)比較大，因此需要并聯(lián)一電解電容來穩(wěn)定輸出，所述電容15的規(guī)格為450V/ 100yF0
[0029]在本實(shí)施例中，所述電壓電流表為D85-3050雙顯數(shù)字直流電壓電流表。
[0030]在本實(shí)施例中，電解槽4為普通自制玻璃容器。
[0031]在本實(shí)施例中，所述的空氣開關(guān)12、調(diào)壓器13、整流橋14、電容15及電容電壓表的型號為其中的一種選擇，但不限于這幾種型號。
[0032]使用時(shí)，鎂合金樣品3接陽極，不銹鋼板2接陰極，并將陰陽兩極置入配置好的電解液中，啟動(dòng)攪拌器1+開始攪拌電解液的同時(shí)開啟循環(huán)冷卻裝置，并通過它們的攪拌作用促進(jìn)電解液的對流作用控制電解液的溫度控制在60°C以下，準(zhǔn)備好后，打開電源不斷調(diào)節(jié)參數(shù)進(jìn)行微弧氧化實(shí)驗(yàn)。
[0033]上列為較佳實(shí)施例，對本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種實(shí)驗(yàn)用鎂合金表面制備微弧氧化活性涂層的裝置，其特征在于:包括電源箱、鎂合金樣品、不銹鋼板、電解槽，所述電解槽內(nèi)設(shè)置有電解液，鎂合金樣品、不銹鋼板對稱設(shè)置在電解槽內(nèi)，鎂合金樣品做為陽極與電源箱的輸出正極相連接，不銹鋼板做為陰極與電源箱的輸出負(fù)極相連接，電解槽內(nèi)設(shè)置有攪拌器和循環(huán)冷卻裝置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)用鎂合金表面制備微弧氧化活性涂層的裝置，其特征在于:攪拌器設(shè)置電解槽上部并位于鎂合金樣品與不銹鋼板之間。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)用鎂合金表面制備微弧氧化活性涂層的裝置，其特征在于:所述循環(huán)冷卻裝置包括熱交換管、空氣壓縮機(jī)、水栗，空氣壓縮機(jī)、水栗設(shè)置在電解槽夕卜，空氣壓縮機(jī)與水栗相連接，熱交換管設(shè)置在電解槽內(nèi)鎂合金樣品所在那側(cè)，熱交換管與水栗相連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的實(shí)驗(yàn)用鎂合金表面制備微弧氧化活性涂層的裝置，其特征在于:還包括PH傳感器、PH控制器、添加劑控制器，PH傳感器、添加劑控制器均與PH控制器電性連接，PH傳感器設(shè)置在電解槽內(nèi)，添加劑控制器設(shè)置在電解槽上方并位于不銹鋼板所在那側(cè)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)用鎂合金表面制備微弧氧化活性涂層的裝置，其特征在于:所述電源箱內(nèi)設(shè)置有依次電性連接的交流電源、空氣開關(guān)、調(diào)壓器、整流橋、電容、電壓電流表。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的實(shí)驗(yàn)用鎂合金表面制備微弧氧化活性涂層的裝置，其特征在于:所述空氣開關(guān)為型號為DZ47LE2P10A帶有漏電保護(hù)的斷路器。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的實(shí)驗(yàn)用鎂合金表面制備微弧氧化活性涂層的裝置，其特征在于:所述調(diào)壓器的型號為TDGC2-3KVA。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的實(shí)驗(yàn)用鎂合金表面制備微弧氧化活性涂層的裝置，其特征在于:所述整流橋?yàn)?0A/1600V的單相全波整流橋。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的實(shí)驗(yàn)用鎂合金表面制備微弧氧化活性涂層的裝置，其特征在于:所述電容的規(guī)格為450V/1000yF。10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的實(shí)驗(yàn)用鎂合金表面制備微弧氧化活性涂層的裝置，其特征在于:所述電壓電流表為D85-3050雙顯數(shù)字直流電壓電流表。
【文檔編號】C25D21/02GK205420580SQ201620196707
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月15日
【發(fā)明人】溫翠蓮, 林逵, 楊義許, 裘依梅, 詹曉章
【申請人】福州大學(xué)