CN115855727A - 一种测量金属电化学溶解电流效率的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量金属电化学溶解电流效率的装置，该装置包括反应器，反应器上表面开设有样品槽，反应器左右两侧分别开设有进液孔和出液孔，样品槽与进液孔和出液孔分别通过进液辅助流道和出液辅助流道连通并形成几字形，进液孔和出液孔分别连接有进液管和出液管，反应器前侧开设有与样品槽连通的阳极孔，阳极孔中装有阳极接线柱，反应器上部设置有盖板，盖板上开设有与样品槽对应的阴极孔，阴极孔中穿入有阴极材料。本发明通过设置反应器并在反应器中设计几字形流道让反应器结构紧凑，方便加装密封圈，加强反应器的密封效果，避免电解液渗漏对设备造成腐蚀，并模拟出电解加工的工艺环境，实现了快速且节省材料的电流效率测试。

Description

一种测量金属电化学溶解电流效率的装置

技术领域

本发明属于电流效率测试技术领域，具体涉及一种测量金属电化学溶解电流效率的装置。

背景技术

金属电化学溶解时的电流效率是电解加工参数制定的重要指标。电解加工中阴极进给速度可以表示为：

其中η即为电流效率，电流效率只能通过实验获得，暂无理论推导公式，因此获得准确的电流效率值是开展电解加工的重要保证。

目前电流效率测试基本都采用流动池装置，试样安装在设计好的方形槽内，通过控制阴极进给，在装置内部通过电解液并给试样和阴极之间通过直流电，模拟出电解加工的实际条件。

现有的流动池装置设计存在如下缺陷：1、当测试样品较小时，方形阴极和与之搭配的方形孔加工存在一定困难；2、装置上盖采用螺钉与主体连接紧固，操作不便；3、为了防止装置内部高速流动的电解液溢出，方形阴极上还需加工凹槽用以放置密封圈，密封圈为标准件，如此设计给实际操作带来不便，且降低了密封圈的使用寿命；4、测试样品和阴极相对的面通常设计为相同尺寸形状，但为了方便试样装填，样品槽尺寸一般比样品尺寸大，如此，在样品装填时样品和阴极不一定对中，样品安装位置偏移会导致实际电化学溶解不均匀，测试数据存在较大误差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种测量金属电化学溶解电流效率的装置。该装置设置反应器并在反应器中设计几字形流道让反应器结构紧凑，方便加装密封圈，加强反应器的密封效果，避免电解液渗漏对设备造成腐蚀，并模拟出电解加工的工艺环境，实现了快速且节省材料的电流效率测试。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种测量金属电化学溶解电流效率的装置，其特征在于，该装置包括反应器，所述反应器上表面开设有样品槽，所述反应器左右两侧分别开设有进液孔和出液孔，所述样品槽与进液孔和出液孔分别通过进液辅助流道和出液辅助流道连通并形成几字形，所述进液孔和出液孔分别连接有进液管和出液管，所述反应器前侧开设有与样品槽连通的阳极孔，所述阳极孔中装有阳极接线柱，所述反应器上部设置有盖板，所述盖板上开设有与所述样品槽对应的阴极孔，所述阴极孔中穿入有阴极材料。

上述的一种测量金属电化学溶解电流效率的装置，其特征在于，所述反应器上表面设置有凹陷，所述盖板下部对应设置有凸起。

上述的一种测量金属电化学溶解电流效率的装置，其特征在于，所述反应器上表面样品槽外侧设置有垫圈槽，所述垫圈槽中设置有密封圈。

上述的一种测量金属电化学溶解电流效率的装置，其特征在于，所述反应器下部设置有与反应器一体成型的底座，所述底座上设置有多个用于螺栓固定的凹形孔。

上述的一种测量金属电化学溶解电流效率的装置，其特征在于，所述阳极材料为金属样品，所述阳极接线柱为金属螺钉，所述阳极孔内壁设置有与金属螺钉配合的螺纹，所述金属螺钉上依次固定有垫片和挡板，所述阴极材料为圆柱形黄铜，所述圆柱形黄铜安装在车床的Z轴上并通过阴极接线柱固定，所述圆柱形黄铜上安装有与盖板密封的密封环，所述阴极接线柱和阳极接线柱分别与电源的负极和正极连接。

上述的一种测量金属电化学溶解电流效率的装置，其特征在于，所述反应器与盖板上对应位置设置有反应器快拆杆凹陷和盖板快拆杆凹陷，所述反应器与盖板通过快拆杆连接。

上述的一种测量金属电化学溶解电流效率的装置，其特征在于，所述进液孔和出液孔中均设置有不锈钢管，所述不锈钢管与电解液输送器连接。

上述的一种测量金属电化学溶解电流效率的装置，其特征在于，采用所述装置测量金属电化学溶解电流效率的方法包括以下步骤：

步骤一、将金属样品在乙醇中超声清洗后吹干，然后进行称重，得到称重后的金属样品；

步骤二、将反应器的底座的凹形孔通过螺栓进行固定，然后将步骤一中得到的称重后的金属样品放入样品槽，再在阳极孔中装入阳极接线柱对金属样品进行固定，得到装有样品的反应器；

步骤三、将阴极材料安装在车床的Z轴上并通过阴极接线柱固定，通过车床调节阴极材料的位置，保持阴极材料的底面与步骤二中得到的装有样品的反应器的金属样品之间存在加工间隙，并记录阴极材料的位置，随后抬升阴极材料，将盖板与底座利用快拆杆固定，再使阴极材料穿过阴极孔，并降低至记录的位置，得到待检测装置；所述加工间隙为0.1mm～0.4mm；

步骤四、将步骤三中得到的待检测装置的进液孔通入电解液，并将阴极接线柱和阳极接线柱分别与直流电源的负极和正极连接，进行金属样品的电化学溶解，得到溶解后金属样品；

步骤五、将步骤四得到的溶解后金属样品在乙醇中超声清洗后吹干，然后进行称重，通过计算得到金属样品的金属电化学溶解电流效率。

本发明通过对金属样品进行清洗，防止杂质影响，通过称重得到反应前金属样品的质量，通过将反应器的底座的凹形孔通过螺栓进行固定，将反应器固定在桌面或其他平面上，保证了装置的稳定性，通过将金属样品放入样品槽，并在阳极孔中装入阳极接线柱对金属样品进行固定，装卡金属样品，通过车床的Z轴装卡阴极材料并通过阴极接线柱固定，使阴极材料实现上下移动，先在没安装盖板的情况下，将阴极材料的底面与步骤二中得到的装有样品的反应器的金属样品之间存在加工间隙，并记录阴极材料的位置，通过保持一定的加工间隙，通过电解液形成回路，进行金属样品的电化学溶解，最后将溶解后金属样品进行清洗去除杂质后称重，通过计算得到金属样品的金属电化学溶解电流效率。

上述的一种测量金属电化学溶解电流效率的装置，其特征在于，所述计算采用以下公式进行：

公式中，Δm为质量损失，单位为g，通过步骤五中称重质量减去步骤一中称重质量得到，K为电化学当量，单位为g/C，I为电化学溶解的电流，单位为A，t为电化学溶解的时间单位为min，η为金属样品的金属电化学溶解电流效率。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明设置反应器并在反应器中设计几字形流道让反应器结构紧凑，方便加装密封圈，加强反应器的密封效果，避免电解液渗漏对设备造成腐蚀，并模拟出电解加工的工艺环境，实现了快速且节省材料的电流效率测试，电解液在几字形流道中流动遇到装置盖板时会改变方向，对样品表面起到更强的冲刷作用，对于电解加工产物排出具有良好效果，可以防止产物堆积导致的阴阳极相接而短路。

2、本发明通过金属样品作为阳极材料并通过金属螺钉进行固定，金属螺钉上依次固定有垫片和挡板，保证固定的效果，通过车床的Z轴装卡圆柱形黄铜并通过阴极接线柱固定，通过车床调整圆柱形黄铜的高度，使圆柱形黄铜与金属样品具有一定的间隙，通过将阴极接线柱和阳极接线柱分别与直流电源的负极和正极连接，并向反应器中通入电解液，实现金属样品的电化学溶解。

3、本发明通过在反应器上表面设置有凹陷，在盖板下部对应设置有凸起，使凹陷与凸起互相配合，保证了盖板与反应器结合紧密，同时对盖板起到定位作用，通过设置底座并设置凹形孔便于反应器的定位安装，提高测试的准确性，通过快拆杆连接反应器与盖板，连接稳固拆卸方便。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明测量金属电化学溶解电流效率装置的反应器的结构示意图。

图2是本发明测量金属电化学溶解电流效率装置的反应器的俯视图。

图3是图2的A-A剖视图。

图4是图2的B-B剖视图。

图5是本发明测量金属电化学溶解电流效率装置的盖板的结构示意图。

图6是本发明阴极材料与车床Z轴的连接关系示意图。

附图标记说明：

1—反应器； 1-1—样品槽； 1-2—进液孔；

1-3—出液孔； 1-4—进液辅助流道； 1-5—出液辅助流道；

1-6—凹陷； 1-7—垫圈槽； 1-8—反应器快拆杆凹陷；

2—阳极孔； 3—盖板； 3-1—凸起；

3-2—盖板快拆杆凹陷； 4—阴极孔； 4-1—阴极材料；

4-2—密封环； 4-3—阴极接线柱； 5—底座；

5-1—凹形孔； 6—Z轴。

具体实施方式

实施例1

如图1-图5所示，本发明的测量金属电化学溶解电流效率的装置包括反应器1，所述反应器1上表面开设有样品槽1-1，所述反应器1左右两侧分别开设有进液孔1-2和出液孔1-3，所述样品槽1-1与进液孔1-2和出液孔1-3分别通过进液辅助流道1-4和出液辅助流道1-5连通并形成几字形，所述进液孔1-2和出液孔1-3分别连接有进液管和出液管，所述反应器1 前侧开设有与样品槽1-1连通的阳极孔2，所述阳极孔2中装有阳极接线柱，所述反应器1上部设置有盖板3，所述盖板3上开设有与所述样品槽 1-1对应的阴极孔4，所述阴极孔4中穿入有阴极材料4-1。

需要说明的是，通过设置样品槽1-1用于盛放作为阳极的金属样品，通过设置进液孔1-2和出液孔1-3并对应设置进液辅助流道1-4和出液辅助流道1-5，形成几字形流道，采用几字形流道让反应器1结构紧凑，同时方便加装密封圈，如果不采用几字而使用直通型流道，流道会很长，导致反应器1尺寸变大，也无法加装密封圈，容易导致上下盖之间缝隙处漏液，通过设置进液管和出液管便于通入和排出电解液，通过设置阴极孔4 并设置阴极材料4-1在接通电源后对金属样品施加阴极电流，通过设置阳极孔2并设置阳极接线柱在接通电源后对金属样品施加阳极电流，从而进行测量金属电化学溶解电流效率。

需要说明的是，样品槽1-1的尺寸为10mm×10mm×10mm(长×宽×高)，金属样品的尺寸最大为10mm×10mm×10mm(长×宽×高)，其中金属样品的高度最小为7mm，长和宽的最小尺寸为9mm，阴极材料4-1的尺寸为Φ15×70mm(直径×长度)，阴极材料4-1的直径大于金属样品与邻近面的对角线长，避免试样装填偏移带来的电化学溶解不均匀。

如图1-图5所示，本实施例中，反应器1上表面设置有凹陷1-6，所述盖板3下部对应设置有凸起3-1。通过凹陷1-6与凸起3-1互相配合，保证了盖板3与反应器1结合紧密，同时对盖板3起到定位作用。

如图1-图4所示，本实施例中，反应器1上表面样品槽1-1外侧设置有垫圈槽1-7，所述垫圈槽1-7中设置有密封圈。通过设置垫圈槽1-7并设置密封圈，防止侧向漏液，提高密封效果。

如图1和图2所示，本实施例中，反应器1下部设置有与反应器1一体成型的底座5，所述底座5上设置有多个用于螺栓固定的凹形孔5-1。通过设置底座5并设置凹形孔5-1便于反应器1的定位安装，提高测试的准确性。

如图1、图4和图6所示，本实施例中，阳极材料为金属样品，所述阳极接线柱为金属螺钉，所述阳极孔2内壁设置有与金属螺钉配合的螺纹，所述金属螺钉上依次固定有垫片和挡板，所述阴极材料4-1为圆柱形黄铜，所述圆柱形黄铜安装在车床的Z轴6上并通过阴极接线柱4-3固定，所述圆柱形黄铜上安装有与盖板3密封的密封环4-2，所述阴极接线柱4-3和阳极接线柱分别与电源的负极和正极连接。通过金属样品做为阳极材料并通过金属螺钉进行固定，金属螺钉上依次固定有垫片和挡板，并且挡板压紧垫片，防止垫片被反推出来，保证固定的效果，通过车床的Z轴6装卡圆柱形黄铜并通过阴极接线柱4-3固定，通过车床调整圆柱形黄铜的高度，使圆柱形黄铜与金属样品具有一定的间隙，通过将阴极接线柱4-3和阳极接线柱分别与直流电源的负极和正极连接，并向反应器1中通入电解液，实现金属样品的电化学溶解。

需要说明的是，车床采用VMC650广速数控机床。

如图1、图2和图5所示，本实施例中，反应器1与盖板3上对应位置设置有反应器快拆杆凹陷1-8和盖板快拆杆凹陷3-2，所述反应器1与盖板3通过快拆杆连接。通过快拆杆连接反应器1与盖板3，连接稳固拆卸方便。

本实施例中，进液孔1-2和出液孔1-3中均设置有不锈钢管，所述不锈钢管与电解液输送器连接。通过设置不锈钢管并通过卡箍连接橡胶管，并与电解液输送器连接，对反应器1中源源不断的输入电解液。

需要说明的是，电解液输送器为神舟泵业的CDLF4-140多级泵，将电解液从水槽中泵送至进液孔1-2，然后从出液孔1-3中流出并返回水槽形成循环。

实施例2

采用本发明所述装置测量金属电化学溶解电流效率的方法包括以下步骤：

步骤一、将金属样品在乙醇中超声清洗后吹干，然后进行称重，得到称重后的金属样品；

步骤二、将反应器1的底座5的凹形孔5-1通过螺栓进行固定，然后将步骤一中得到的称重后的金属样品放入样品槽1-1，再在阳极孔2中装入阳极接线柱对金属样品进行固定，得到装有样品的反应器；

步骤三、将阴极材料4-1安装在车床的Z轴6上并通过阴极接线柱4-3 固定，通过车床调节阴极材料4-1的位置，保持阴极材料4-1的底面与步骤二中得到的装有样品的反应器的金属样品之间存在加工间隙，并记录阴极材料4-1的位置，随后抬升阴极材料4-1，将盖板3与底座5利用快拆杆固定，再使阴极材料4-1穿过阴极孔4，并降低至记录的位置，得到待检测装置；所述加工间隙为0.1mm～0.4mm，优选为0.1mm、0.2mm、0.3mm 和0.4mm；

步骤四、将步骤三中得到的待检测装置的进液孔1-2通入电解液，并将阴极接线柱4-3和阳极接线柱分别与直流电源的负极和正极连接，进行金属样品的电化学溶解，得到溶解后金属样品；所述电解液为质量分数为 10％的NaNO₃溶液或质量分数为10％的NaCl溶液；所述直流电源的电流为5A～50A，优选为5A、10A、25A、40A和50A；

步骤五、将步骤四得到的溶解后金属样品在乙醇中超声清洗后吹干，然后进行称重，通过计算得到金属样品的金属电化学溶解电流效率；所述计算采用以下公式进行：

公式中，Δm为质量损失，单位为g，通过步骤五中称重质量减去步骤一中称重质量得到，K为电化学当量，单位为g/C，I为电化学溶解的电流，单位为A，t为电化学溶解的时间单位为min，η为金属样品的金属电化学溶解电流效率。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.一种测量金属电化学溶解电流效率的装置，其特征在于，该装置包括反应器(1)，所述反应器(1)上表面开设有样品槽(1-1)，所述反应器(1)左右两侧分别开设有进液孔(1-2)和出液孔(1-3)，所述样品槽(1-1)与进液孔(1-2)和出液孔(1-3)分别通过进液辅助流道(1-4)和出液辅助流道(1-5)连通并形成几字形，所述进液孔(1-2)和出液孔(1-3)分别连接有进液管和出液管，所述反应器(1)前侧开设有与样品槽(1-1)连通的阳极孔(2)，所述阳极孔(2)中装有阳极接线柱，所述反应器(1)上部设置有盖板(3)，所述盖板(3)上开设有与所述样品槽(1-1)对应的阴极孔(4)，所述阴极孔(4)中穿入有阴极材料(4-1)。

2.根据权利要求1所述的一种测量金属电化学溶解电流效率的装置，其特征在于，所述反应器(1)上表面设置有凹陷(1-6)，所述盖板(3)下部对应设置有凸起(3-1)。

3.根据权利要求1所述的一种测量金属电化学溶解电流效率的装置，其特征在于，所述反应器(1)上表面样品槽(1-1)外侧设置有垫圈槽(1-7)，所述垫圈槽(1-7)中设置有密封圈。

4.根据权利要求1所述的一种测量金属电化学溶解电流效率的装置，其特征在于，所述反应器(1)下部设置有与反应器(1)一体成型的底座(5)，所述底座(5)上设置有多个用于螺栓固定的凹形孔(5-1)。

5.根据权利要求1所述的一种测量金属电化学溶解电流效率的装置，其特征在于，所述阳极材料为金属样品，所述阳极接线柱为金属螺钉，所述阳极孔(2)内壁设置有与金属螺钉配合的螺纹，所述金属螺钉上依次固定有垫片和挡板，所述阴极材料(4-1)为圆柱形黄铜，所述圆柱形黄铜安装在车床的Z轴(6)上并通过阴极接线柱(4-3)固定，所述圆柱形黄铜上安装有与盖板(3)密封的密封环(4-2)，所述阴极接线柱(4-3)和阳极接线柱分别与电源的负极和正极连接。

6.根据权利要求1所述的一种测量金属电化学溶解电流效率的装置，其特征在于，所述反应器(1)与盖板(3)上对应位置设置有反应器快拆杆凹陷(1-8)和盖板快拆杆凹陷(3-2)，所述反应器(1)与盖板(3)通过快拆杆连接。

7.根据权利要求1所述的一种测量金属电化学溶解电流效率的装置，其特征在于，所述进液孔(1-2)和出液孔(1-3)中均设置有不锈钢管，所述不锈钢管与电解液输送器连接。

8.根据权利要求1所述的一种测量金属电化学溶解电流效率的装置，其特征在于，采用所述装置测量金属电化学溶解电流效率的方法包括以下步骤：

步骤一、将金属样品在乙醇中超声清洗后吹干，然后进行称重，得到称重后的金属样品；

步骤二、将反应器(1)的底座(5)的凹形孔(5-1)通过螺栓进行固定，然后将步骤一中得到的称重后的金属样品放入样品槽(1-1)，再在阳极孔(2)中装入阳极接线柱对金属样品进行固定，得到装有样品的反应器；

步骤三、将阴极材料(4-1)安装在车床的Z轴(6)上并通过阴极接线柱(4-3)固定，通过车床调节阴极材料(4-1)的位置，保持阴极材料(4-1)的底面与步骤二中得到的装有样品的反应器的金属样品之间存在加工间隙，并记录阴极材料(4-1)的位置，随后抬升阴极材料(4-1)，将盖板(3)与底座(5)利用快拆杆固定，再使阴极材料(4-1)穿过阴极孔(4)，并降低至记录的位置，得到待检测装置；所述加工间隙为0.1mm～0.4mm；

步骤四、将步骤三中得到的待检测装置的进液孔(1-2)通入电解液，并将阴极接线柱(4-3)和阳极接线柱分别与直流电源的负极和正极连接，进行金属样品的电化学溶解，得到溶解后金属样品；

步骤五、将步骤四得到的溶解后金属样品在乙醇中超声清洗后吹干，然后进行称重，通过计算得到金属样品的金属电化学溶解电流效率。

9.根据权利要求8所述的一种测量金属电化学溶解电流效率的装置，其特征在于，所述计算采用以下公式进行：

公式中，△m为质量损失，单位为g，通过步骤五中称重质量减去步骤一中称重质量得到，K为电化学当量，单位为g/C，I为电化学溶解的电流，单位为A，t为电化学溶解的时间单位为min，η为金属样品的金属电化学溶解电流效率。

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