一種用于導電表面上的電泳沉積裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種用于導電表面上的電泳沉積裝置，包括槽體和電極裝置，所述槽體中承載有涂料，所述電極裝置的陽極和陰極相互平行地設置于涂料中，且所述陽極為多個。每個所述陽極與陰極之間的間距為5mm～10mm，還進一步包括涂料溫度調節裝置和攪拌循環系統。本實用新型提供的用于導電表面上的電泳沉積裝置適用于水性溶膠-凝膠的電泳沉積，同時也適用于納米粒子懸浮液的電泳沉積，其整體設備的制備成本低，通過陽極和陰極的距離很近，并通過通電直至完成涂層所需的厚度。利用該裝置進行電泳沉積可保持涂層厚度的均勻性但同時保持高沉積速度。
【專利說明】-種用于導電表面上的電泳沉積裝置
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種用于導電表面上的電泳沉積裝置。
【背景技術】
[0002] 金屬和合金的腐蝕、磨損、耐候性和污染(如指紋和污垢）是表面處理行業中最常 見的問題。具有復合納米結構的溶膠/凝膠衍生品是其中一種可用于保養金屬和合金表面 涂層的替代材料。現時，這些溶膠/凝膠材料不能被廣泛應用，主要原因是它們有很大的局 限性，一般只能通過油漆、浸涂、旋涂、噴涂等使用，而且這些方法通常需要具有高揮發性的 有機溶劑以作稀釋。一般裝置不能避免高揮發性有害氣體漂散于空氣中，嚴重影響工作環 境安全及操作人員健康.，而密風式裝置成本高昂及難于操作，影響生產效率，對于具有 復雜形狀的對象和卷曲的表面，現有浸涂，旋涂，噴涂設備很難均勻地控制復合納米結構 涂層的厚度和成分。再加上典型用作涂層的溶膠/凝膠化學物，其在水中、開放的環境及一 般溫度下就只具有大約一個小時的保質期。這些問題都使溶膠/凝膠電泳沉積法難以應用 于大規模的生產中。 實用新型內容
[0003] 本實用新型所要解決的技術問題是提供一種用于導電表面上的電泳沉積裝置，該 裝置成本低，制程設計簡單，且陽極和陰極的距離很相近，能夠保持涂層厚度的均勻性。
[0004] 本實用新型提供一種用于導電表面上的電泳沉積裝置，包括槽體和電極裝置，所 述槽體中承載有涂料，所述電極裝置的陽極和陰極相互平行地叉設于涂料中，且所述陽極 為多個。
[0005] 每個所述陽極與陰極之間的間距為5mm?10mm。
[0006] 還包括與槽體內部涂料相連通的涂料溫度調節裝置。
[0007] 還包括攪拌循環系統，所述攪拌循環系統包括攪拌器和循環泵，所述攪拌器設置 于槽體的底部，所述循環泵設置于槽體的外部，并連通槽體內部的涂料。
[0008] 還包括攪拌循環系統，所述攪拌循環系統包括攪拌器和循環泵，所述攪拌器從上 至下穿設于槽體中，所述循環泵設置于槽體的外部，并連通槽體內部的涂料。
[0009] 所述電極裝置、攪拌循環系統及涂料溫度調節裝置均分別具有電源供給裝置。
[0010] 所述槽體的底面上方設置有相對傾斜的傾斜板，且所述攪拌器設置槽體中傾斜板 相對低端的一側。
[0011] 所述傾斜板相對于槽體的底面的傾斜角度為15°?45 °。
[0012] 還包括垂直隔離板，所述隔離板將槽體中攪拌器與槽體的其余部分隔開，且隔離 板的雙側側面與對應的槽體側壁之間具有間距。
[0013] 本實用新型具有的優點在于：
[0014] 1、本實用新型提供一種用于導電表面上的電泳沉積裝置，以此電泳沉積裝置可 以在平面及具有復雜形狀的對象和卷曲的導電表面上均勻地沉積涂層，并以低溫制成有 機-陶瓷復合涂層。制備的復合涂層具有納米結構，可用作底涂層增加附著力或面涂層保 護金屬和合金表面。電泳沉積可以在導電金屬表面沉積一層均勻平滑的漆膜，沒有浸漆或 噴漆的缺點。而電泳沉積的投射力優良，甚至在凹陷處或中空工件內也能覆蓋，利用電 壓的改變，可準確地調節漆膜的厚度，控制生產生本。另外，電泳漆也可以加入不同顏 料和其他添加劑來造成各種顏色及效果，美化工件。電泳漆膜的硬度、附著力、耐腐、沖擊 性能、滲透性能明顯優勝于其它涂裝工藝，增加導電金屬工件的使用壽命。
[0015] 2、電泳沉積涂層作為近年來發展起來的新技術，其制作工藝方法基本上如電鍍 相似，不過電泳沉積能模仿不同效果，不會有污水排出，也可簡化或取消一般電鍍工序的 流程，而本實用新型提供的用于導電表面上的水性溶膠-凝膠的電泳沉積裝置還具有以 下的優點：
[0016] (1)制程設計簡單；
[0017] (2)低設備成本；
[0018] (3)利用該裝置可以沉積一層豐滿、均勻、平整、透明度高、光滑、可加入顏料造成 油漆的效果的涂層；
[0019] (4)可以披覆于各種表面形狀復雜或卷曲之導電材料表面上；
[0020] (5)陽極和陰極的距離很近，保持涂層厚度的均勻性；
[0021] (6)披覆速度高于其他的鍍膜方式，通電直至沉積完成涂層所需的厚度。
[0022] 3、本實用新型提供的裝置最大的特性是可以通過控制陽極和陰極之間的距離及 使用多個輔助陽極設計，而陽極和陰極的距離可以調校以致涂層可以均勻地覆蓋在導電 材料表面上。此外多重陽極設計，可以使不同形狀和卷曲的表面上都可以被涂層完全覆 蓋。而另外一個特點是只要陽極的工件形狀與陰極導電材料的工件形狀相同就可以很容易 地把涂層很均勻地覆蓋在不同形狀和卷曲的工件上，所以任何形狀的工件也可應用這個 新型電泳沉積裝置把不同的水性溶膠-凝膠或其他水性涂料披覆于表面上。
[0023] 4、電泳沉積過程中，通常都是利用直流（DC)為電源供給裝置，使用了較大的電 壓（20-100V)和較少的電流（少于0.5A)，已經可以把涂層很均勻地覆蓋在不同形狀和卷 曲的工件上，已達至所需的厚度。不過利用直流(DC)供應到水性溶膠-凝膠或其他水性 涂料也是有限制的，就是涂料的離子沉積在陰極表面附近溶液中逐漸被消耗，造成了該 處沉積的離子與溶液中該離子的濃度出現差別令孔隙不斷增加。本實用新型提供的裝置除 了可使用直流供電之外，也可使用脈沖直流來供應電源，在這種情況下，由于有關斷時 間的存在，被消耗的離子利用這段時間擴散、補充到陰極附近，當下一個導通時間到來時， 陰極附近的離子濃度得以保持，因此可以使用較高的電流密度。因此，使電流可以高于平 均電流，促使晶種形成的速度遠遠高于晶體長大的速度，使鍍層結晶有更好的分布和細化， 排列緊密，電阻率低，有更大的電鍍能力可以提高密度和硬度，而孔隙亦會相對減小。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024] 圖1是一種用于導電表面上的水性溶膠凝膠材料的電泳沉積裝置的結構示意圖。
[0025] 圖2是一種用于各種表面形狀復雜或卷曲的導電表面上的水性溶膠凝膠材料的 電泳沉積裝置的結構示意圖。
[0026] 圖3是一種用于各種表面形狀復雜或卷曲的導電表面上的納米粒子懸浮液材料 的電泳沉積裝置的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步說明，以使本領域的技術人員 可以更好的理解本實用新型并能予以實施，但所舉實施例不作為對本實用新型的限定。 [0028]本實用新型提供一種用于導電表面上的水性溶膠凝膠材料的電泳沉積裝置，如圖 1和圖2所不，包括槽體1、電極裝置2、攪拌循環系統3和涂料溫度調節裝置4。
[0029]所述槽體1作為用來盛載涂料8的器皿，涂料將電極裝置的陽極和陰極的工件完 全覆蓋，然后再開啟設備進行電泳沉積。
[0030]所述電極裝置2的電極中的陽極為不銹鋼片7,陰極為具有導電表面的工件6,二 者連接電源供給裝置，且二者相互平行設置，并豎直設置于槽體丨中，陰極6和陽極7之間 的距離調節為5?10mm，使涂料可以披覆于各種表面形狀復雜或卷曲的導電材料的表面 上，可以使用多個輔助陽極 7配合一個陰極6的設計，每次可以使用不少于一個陽極而 最多可以使用4個陽極的數目會根據工件的大小和復雜程度而增加，各陽極7圍設于所述 陰極4的周圍，而每一個陽極 7和陰極6的距離都是在5?10mm之間，如圖2所示，以致 涂層可以均勻地覆蓋在不同形狀和卷曲的導電材料表面上。
[0031]所述攪拌循環系統置3可以循環使用復合納米結構的溶膠-凝膠涂料，減少浪費 涂料及減低成本，攪拌循環系統3主要包括攪拌器和循環泵，所述攪拌循環系統3連通槽體 1內的涂料，使涂料能夠循環往復并保持。
[0032]所述涂料溫度調節裝置4可以調節溫度，以控制涂料的流動性和循環。
[0033]電極裝置2、攪拌循環系統3以及涂料溫度調節裝置4均分別具有電源供給裝置， 以為各個裝置供電，各電源供給裝置可以使用直流(脈沖直流），通過調校不同的電壓來控 制涂層覆蓋的速度和厚度，從而控制生產成本。循環栗主要用于保持涂料的循環，并保持 涂料的均勻。
[0034]本實用新型還提供一種用于導電表面上的納米粒子懸浮液的電泳沉積裝置，如圖 3所示，所述納米粒子懸浮液例如納米氧化鋁和二氧化鋯，也可應用在本實用新型的電泳 沉積裝置·由于納米粒子很容易聚合在槽體的底部，所以上述電泳沉積裝置的設計與適 用于水性溶膠凝膠材料的電泳沉積裝置不同。針對納米粒子懸浮液的電泳沉積裝置還設計 以下三種結構，確保納米粒子能夠很均勻地覆蓋在不同工件表面上。 C0035] 1、傾斜的槽體1的設計
[0036]為了幫助納米粒子向下流通，減少納米粒子聚合的機會。為了構造傾斜的槽體結 構，可以于槽體1的底面上方設置一個傾斜板10,而傾斜板10相對于槽體底面的傾斜角度 一般可以為15°?45°之間，進而可以使槽體1的底面形成傾斜狀態，有利于納米粒子的流 通。 t〇〇37] 2、穿插于槽體的攪拌器的設計
[0038]與適用于水性溶膠凝膠材料的電泳沉積裝置不同，將原有的底部攪拌器5改成從 上至下穿插于槽體1的涂料2 (納米粒子懸浮液）中，可以保持納米粒子懸浮液的循環和均 勻，以避免納米粒子聚合而改變懸浮液的濃度和涂層的厚度。所述攪拌器5設置槽體1中 傾斜板10相對低端一側。
[0039] 3、垂直隔離板的設計
[0040] 利用一個從槽體1中從上至下垂直設置的隔離板9將槽體中攪拌器5與槽體的其 余部分隔開，而隔離板9的雙側側面與對應的槽體側壁之間不完全密封，間距一小段距離， 大約3-5cm，進而形成狹縫，讓納米粒子懸浮液在攪拌區域(隔離板分隔后包括攪拌器的區 域）中實現混合，避免攪拌器5產生的流動影響電泳沉積的過程。
[0041] 采用本實用新型提供的用于導電表面上的電泳沉積裝置，整個電泳電沉積過程可 以簡單概括為以下四個步驟：
[0042] (1)電解(分解）過程
[0043] 在陰極反應最初為電解反應，在水的作用下生成帶正電荷的正離子和帶負電荷的 陽離子，方程式為：H 20 - ΟΙΓ+?Τ。
[0044] ( 2 )電泳動(泳動、遷移）過程
[0045] 正離子和陽離子在電場作用下產生泳動，正離子向陰極移動，而陽離子向陽極移 動。
[0046] (3)電沉積(析出）過程
[0047] 在被涂工件表面，陽離子與陰極表面產生堿性作用,此反應造成陰極面形成高堿 性邊界層中和而析出沉積物，成為不溶于水的物質，于是涂膜沉積在被涂工件上。
[0048] (4)電滲(脫水）過程
[0049] 涂料固體與工件表面上的涂膜為半透明性的，具有很多細孔，水從陰極涂膜中排 滲出來，在電場作用下，引起涂膜脫水，而涂膜則吸附于工件表面，而完成整個電泳過程。
[0050] 利用本實用新型提供的用于導電表面上的電泳沉積裝置，以水性電泳沉積法于導 電的表面上制備的復合涂層，具有以下幾方面的特點：
[0051] 1、該復合涂層適用于以水性電泳沉積法制備；
[0052] 2、該復合涂層適于導電體表面上制作；
[0053] 3、該復合涂層可以均勻地覆蓋在復雜形狀的對象和卷曲的導電材料表面上；
[0054] 4、該復合涂層為在低溫如150°C -250°C環境下下制成的陶瓷復合涂層；
[0055] 5、該復合涂層具有納米結構可用作底涂層以增加附著力或面涂層以保護金屬或 合金表面；
[0056] 6、該復合涂層的成分在開放的環境及一般溫度下可以具有不少于九個月的保質 期。
[0057]本實用新型中以水性電泳沉積法于導電的表面上制備的復合涂層,該復合涂層的 各層成分中主要組成部分包括陶瓷材料部分、有機材料部分、添加劑部分、穩定劑部分以 及稀釋劑部分。
[0058]本實用新型中以水性電泳沉積法于導電的表面上制備的復合涂層，該復合涂層中 各層主要成分的比例配置如表1所示：
[0059] 表1 :復合涂層的主要成分
[0060]
【權利要求】
1. 一種用于導電表面上的電泳沉積裝置，其特征在于，包括槽體和電極裝置，所述槽體 中承載有涂料，所述電極裝置的陽極和陰極相互平行地叉設于涂料中，且所述陽極為多個。
2. 根據權利要求1所述的用于導電表面上的電泳沉積裝置，其特征在于，每個所述陽 極與陰極之間的間距為5mm?10mm。
3. 根據權利要求2所述的用于導電表面上的電泳沉積裝置，其特征在于，還包括與槽 體內部涂料相連通的涂料溫度調節裝置。
4. 根據權利要求3所述的用于導電表面上的電泳沉積裝置，其特征在于，還包括攪拌 循環系統，所述攪拌循環系統包括攪拌器和循環泵，所述攪拌器設置于槽體的底部，所述循 環泵設置于槽體的外部，并連通槽體內部的涂料。
5. 根據權利要求4所述的用于導電表面上的電泳沉積裝置，其特征在于，還包括攪拌 循環系統，所述攪拌循環系統包括攪拌器和循環泵，所述攪拌器從上至下穿設于槽體中，所 述循環泵設置于槽體的外部，并連通槽體內部的涂料。
6. 根據權利要求4或5所述的用于導電表面上的電泳沉積裝置，其特征在于，所述電極 裝置、攪拌循環系統及涂料溫度調節裝置均分別具有電源供給裝置。
7. 根據權利要求6所述的用于導電表面上的電泳沉積裝置，其特征在于，所述槽體的 底面上方設置有相對傾斜的傾斜板，且所述攪拌器設置槽體中傾斜板相對低端的一側。
8. 根據權利要求7所述的用于導電表面上的電泳沉積裝置，其特征在于，所述傾斜板 相對于槽體的底面的傾斜角度為15°?45 °。
9. 根據權利要求8所述的用于導電表面上的電泳沉積裝置，其特征在于，還包括垂直 隔離板，所述隔離板將槽體中攪拌器與槽體的其余部分隔開，且隔離板的雙側側面與對應 的槽體側壁之間具有間距。
【文檔編號】C25D13/00GK204039531SQ201420490235
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年8月28日 優先權日:2014年8月28日
【發明者】盧偉賢, 游文仁, 鄭穎怡 申請人:香港生產力促進局