CN101801579B - 用于电化学处理的装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于至少一个部件(3)的电化学处理的方法以及装置(1)，该装置具有一个处理室(2)以及用于一种电解液(25)送到处理室(2)的至少一个送料单元，在处理室(2)之前提供了用于设置电解液(8)的pH值的至少一个设置装置。

Description

用于电化学处理的装置与方法

技术领域

本发明涉及用于至少一个部件的电化学处理的一种方法以及一种装置。部件的电化学处理使之有可能得到导电性的并因此金属性部件的一种特别精确的处理。处理在几乎无磨损并且对于材料给予极大保护的情况下发生。本发明特别地用于工业部门以及涉及很大数量的地方。

背景技术

电化学处理是根据电镀腐蚀的原理来起作用。例如，为此目的使部件接触阳极侧并且使工具接触阴极侧。一种导电液体(它还被指定作为一种电解液)被泵送通过在部件与工具之间保留的一个工作间隙。当在该部件与工具之间施加一个电压时，流过一个电流并且开始电解作用，通过这种方式从部件中释放出金属离子。在这种情况下，实现了材料的一种限定的腐蚀。借助于电化学处理，甚至在难于触及的地方也能够以高精确度产生半径和轮廓。此外，有可能同时处理不同的部件部位。因为在工具与部件之间没有直接性接触，处理几乎没有磨损地发生，并且确保了高度恒定的加工质量。此外，在有待处理的部件中不引起机械应力或热影响。甚至难以切削的材料也可以通过这种处理方法毫无困难地进行处理。考虑到可能最多达几秒钟的短的周期时间，有可能以高度的加工可靠性来进行相当大数量的处理。这种方法被特别广泛地使用在注射喷嘴中的管道的再次加工中。

当用于部件的电化学处理的装置处于运行中时，已经证明的一个缺点是在特定的情况下可能发生沉积物。因此，在电化学处理过程中释放出的金属可以(例如)形成金属氢氧化物。这些金属氢氧化物可能引起问题，例如在于它们特别是在这些工件以及阴极上以多层的形式形成沉积物。例如，有时，在非常细的阴极管以及其他相对小的孔口的情况下还可能发生这些阴极管或小孔完全或部分地被这类沉积物封闭并且因此对于电解液是阻塞的。

发明内容

因此，本发明的目的是要至少部分地解决现有技术中出现的这些问题，并且具体地限定一种装置以及一种方法，借助于该装置和方法，即使不能完全避免但至少可以减少这类沉积物。

这些目的通过一种用于至少一个部件的电化学处理的方法实现，其中该部件至少部分被一种电解液围绕，该方法包括以下步骤：a)设置电解液的储液器；b)在一电渗析池中将来自储液器的电解液分成部分量，其中pH值在至少一个部分量中减小，pH值在至少一个另外的部分量中增大；以及c)将带有减小的pH值的部分量在至少一个第一部分液流中供给该至少一个部件。

以及另一方面，本发明的目的通过一种用于至少一个部件的电化学处理的装置实现，该装置具有一个处理空间、以及用于将一种电解液供给该处理空间的至少一个供应安排、至少一个设置装置，该设置装置用于设置从一个储液器在该处理空间上游提供的电解液的pH值。

应当指出，在从属性阐述的专利权利要求中单独列出的这些特征能以任何在技术上方便的方式彼此相组合并且限定本发明的进一步的改进。此外，在说明书中对专利权利要求限定的这些特征给予了更具体地详述和解释，使本发明的进一步优选的示例性实施方案得到解说。

在本案中，该目的是通过用于至少一个部件的电化学处理的一种方法来实现的，该部件至少部分被电解液环绕，并且该方法包括以下步骤：

a)产生该电解液的pH值的至少一个变化；

b)将改变了pH值的电解液供给该至少一个部件。

具体地讲，在此提及的方法是用于在工件上腐蚀材料的一种电化学处理方法，在工件与工具之间施加一个电压，并且将一种电解液至少临时地送到工件与工具的一个中间区域(间隙)之中。具体地讲，术语“产生”一种电解液意味着主动地设置、混合和/或配制该电解液的一个相应的组成，从而获得所希望的pH值。然后将这个量的电解液(如果合适的话，简短地进行中间储存)以一种定向的方式供给预定的处理过程。在这种情况下，在用于部件的电化学处理方法的过程中该pH值基本上可以被改变和/或还可以保持恒定(临时地)。最具体地讲，“产生”的含义是只产生电解液，这就是说，不存在仅将一种添加剂直接加入一个现有电解液的情况。

出人意料地变得清楚的是：在一种酸性电解液中，被释放的这些金属不形成金属氢氧化物。因此，如果电解液的pH值的变化包括(例如)pH值的降低，则可以将经过如此改变的电解液引入用于电化学处理的处理空间之中。在随后的电化学处理的过程中，在这种情况下，在处理空间中或在机器的其他地方都不发生以上说明的变迁在现有技术中不希望的沉积物。然而，除了所述有利的pH值减小之外，还可以将电解液的pH值增大可替代地，可以同时使pH值在该电解液的一部分中增大而在电解液的另一个部分中减小。因此，为此目的，该电解液就其pH值而言，在适当的地方进行监控或者在适当的地方进行调节或控制(恒定地并且，如果适当的话，在原位)，这样，对于给定的处理情形，具体地讲，金属氢氧化物的形成被显著地降低并且(例如)它被保持为准确地低于一个最小值。

这可以有利地发生的方式为：至少在该电解液的第一部分液流中的pH值被减小和/或在该电解液的至少一个第二部分液流中的pH值被增大。结果变得可能的是将pH值减小的部分液流引导穿过用于电化学处理的处理空间而将电解液的pH值增大的部分液流引导绕过这个处理空间。因此，例如，可以使用原来pH值中性的电解液，并且同时实现根据本发明的设定目标。

在这种情况下最为特别有利的是，如果将减小的pH值以及增大的pH值选择为使得相关联的部分液流能够被相互中和。此外，在根据本发明的方法的实现方式中，已经证明有利的是如果将具有减小的pH值的该第一部分液流引导到至少一个部件上，因为由此避免了在有待处理的这些部件上以及处理空间中的沉积物。

此外，有利的是如果将具有增大的pH值的这些部分液流引导绕过该至少一个部件。一种原来中性的电解液在此情况下被分成具有不同pH值的多个部分液流。如在以上已经说明的，然后可以将多个部分的液流对应地引导穿过该处理空间或绕过该处理空间。

此外，同样有利的是如果在该至少一个部件的下游为了中和而使这两部分的液流合并。于是，一方面，不再有必要将该装置设计为在中和点的下游区域中是耐酸的或耐碱的，正像否则的话对于具有特别高或特别低的pH值的电解液所必要的那样。具体地讲，在该处理设备的特定部分中，如果使该电解液在这些部分区域中再次被中和，则可以省却耐酸或耐碱的部件，例如像管线和泵。此外，变得清楚的是，在中和过程中，这些被释放的金属形成了人们已知的氢氧化物、并且通过已知手段(例如像过滤器系统)可以将其从电解液中分离开或者沉淀出。

为了持续运行，如果使电解液在一个闭合回路中循环已经证明是有益的。其结果是，所要求的电解液的体积被减小到一个最小值并且避免了不必要地发生用过的电解液。

此外，在本发明的另一个最特别优选的实施方案中，这里进行的准备将一种电渗析方法用于设置pH值。例如，这样一种电渗析方法是可以通过一个电渗析池来进行的。电渗析是一种电化学驱动的薄膜方法，其中将离子交换剂与一种电势差值组合使用，以便分离开离子组分。借助于这类电渗析池，有可能将一种电解液分离成一种酸组分以及一种碱组分。这些组分各自能够形成根据本发明的一部分液流，该部分液流可以在根据本发明的方法的范围内使用。具体地讲，已经证明适当的是使用具有在1与3之间的pH值的一种酸性部分液流以及具有11至13的pH值的一种碱性部分液流。此外，已经示出，在电化学处理已经发生之后，通过加入该碱性部分液流可以使该酸性部分液流的pH值增大，加入该碱性部分液流的程度为使这些被释放的金属部分形成了氢氧化物。尤其是在7与9之间的pH值的范围之内(特别是在8的pH值)这可以有利地得到实施。

此外，根据本发明的这些目的还可以通过用于至少一个部件的电化学处理的一种装置来实现，该装置具有至少一个处理空间以及用于将电解液供给该处理空间的至少一个供应安排。在此情况下，在该处理空间的上游处提供了用于改变该电解液的pH值的至少一个设置装置。这样一种设置装置例如可以包括用于一种酸或一种碱的一个储液器、或者一种计量安排，由此可以将希望量值的酸或碱加入电解液中。通过以此方式配置的一种设置装置，可以选择性地并且以一种定向方式(例如，就时间点、量值、小的公差范围内的平均的pH值、等等而言)使该电解液的pH值降低或升高。然而，可替代地，还可以提供使用至少两个设置装置，例如，以便减小一个部分液流中的pH值而增大另一部分液流中的pH值。

在此所指的装置特别适合用于实现根据本发明所说明的方法，并且因此在此全文参见这些对应的说明。

特别优选的是将该设置装置选择为使得它适合用于增大和/或减小该pH值。为此目的，在本发明的一个最特别优选的实施方案中，这里进行准备是使该设置装置成为一个电渗析池。该电渗析池能够将一个现有的电解液分开。在此情况下该电解液的一部分的pH值被减小、而该电解液的另一部分的pH值被增大。通过电渗析池分开的这些部分量的电解液能够以多个分离部分液流从该电渗析池中排出。一个部分液流(准确地说带有被降低的pH值的部分液流)为此目的被优选地引导通过该处理空间，而第二部分液流(准确地说带有被增大的pH值的部分液流)被优选地引导绕过该处理空间。

为此目的，有利地，在该装置上该供应安排被设计为使得它具有用于带有减小pH值的电解液的第一引导装置。这个第一引导装置将改变了pH值的电解液从该设置装置引导进入该处理空间之中。

此外，这里有利地进行的准备使该供应安排具有一个第二引导装置，用于带有增大的pH值的电解液。这个第二引导装置将该电解液引导远离该设置装置并且绕过该处理空间。

如联系以上说明的方法已经提到的，对根据本发明的装置被有利地设计为使得该供应装置被设计为一个闭合回路。其结果是，所使用的电解液可以在该处理装置内进行循环而不必不断地被排出或者由新的电解液来替代。

对于根据本发明的方法以及对于根据本发明的装置二者，在持续运行的情况下，如果该电解液通过一种过滤器安排而被过滤则是有利的。其结果是，溶解在电解液中的这些金属或者所形成的这些化学化合物(例如，它们可能作为悬浮的物质存在)可以从该电解液中滤出。具体地讲，使用了腔式过滤压机作过滤器安排。

此外，在本发明的范围之内，可以有利地进行准备使一部分液流(具体的是带有增大的pH值的一部分液流)在该回路中不同的位置处与带有减小的pH值的该部分液流分开并且进行混合。

此外，还可能有利的是，如果在多个部分区域中(具体是位于该处理空间下游的那些区域)，从该处理空间中排出的该部分液流的pH值被增大到pH值为7与9之间的一个范围。由此能以一种特别有效的方式来实现金属氢氧化物的形成，并且随后将它们从电解液中去除，例如，通过这些过滤器系统。在此情况下，例如被设计为一个电渗析池的设置装置可以在某些情况下额外地通过计量加入碱性电解液或其他碱性物质而得到帮助。

此外，在本发明的范围之内，可以有利地进行准备以便在该处理空间的下游安排至少一个中和箱，其中将带有减小的以及带有增大的pH值的这些部分液流合并，这是在以完全或至少部分地被中和的形式继续引导它们进入一个储液器之前。优选地，将所提供的这些过滤器安排安排在这个储液器的上游处，这样在该储液器中仅包含能够用于进一步循环的新鲜电解液。

附图说明

以下通过附图对本发明以及技术背景进行更详细地的说明。应该指出，该附图示出了本发明的一个特别优选的设计变体，然而，它不受限制。在该示意性附图中：

图1：示出了根据本发明的一种处理装置，该处理装置带有设置装置并且带有两部分液流。

具体实施方式

图1展示了根据本发明用于电化学处理的一个处理装置1。在右上部展示了一个处理空间2，其中安排了用于电化学处理的四个部件3。这些部件3被紧固到一个阳极5上。为该处理相应提供的阴极4是位于这些部件3之上。另外，一种电解液6存储在处理空间2之内、并且围绕这些部件3对其进行湿润和洗涤。

以下从一个储液器7开始说明所展示的处理装置的作用。储液器7包含一种pH值中性的电解液8。中性在本案例中应该理解为表示近似7的pH值。然而，取决于应用，可以选择具有另一个pH值的电解液作为一个起点。中性电解液8通过第一泵9被泵送到电渗析池10，在这里pH值发生变化。在此情况下电渗析池10形成了一个设置装置21，用于设置所希望的pH值。

在本发明范围内pH值的变化应被理解为具体地是在pH值上的一个持续发生的改变。这表示pH值在该设置或改变装置处经历了数值上的一个跳变。这种改变在电化学处理过程中是持续的并且由此而不同于该pH值的仅一次性的设置，例如像在用一个pH值注入处理装置1的过程中执行的一次。

电渗析池10将初始中性的电解液8分开。在这种情况下，该电解液的一部分的pH值被降低而该电解液的一个部分的pH值被增大。电解液25的减小了pH值的部分在此情况下优选地具有在1与3之间的一个pH值，而电解液24的增大了pH值的部分具有在11与13之间的一个pH值。电解液25的减小了pH值的部分借助第二泵12通过一个第一部分液流11、并且通过第一引导装置22被传送到处理空间2之中。结果，在处理空间2中仅包含了减小了pH值的酸性电解液25。在该电解液已经围绕这些部件3进行洗涤之后，它通过第一部分液流11被进一步排放进入一个中和箱13中。

在电渗析池10处pH值被增大的那部分电解液24通过第二部分液流14借助第三泵15经过第二引导装置23而被传送绕过处理空间2进入中和箱13之中。在中和箱13中，第一部分液流11与第二部分液流14进行混合、从而发生中和作用。在这种情况下，在某些先决条件下，从这些部件3上释放的部分材料在处理空间2中可能发生反应。具体地讲，溶解在第一部分液流11的电解液25中的这些金属在该中和箱中可发生反应以形成金属氢氧化物并且作为固体16可以沉积在中和箱13的底部上。被中和的电解液17进一步由第四泵18从中和箱13经过一个过滤器安排19而被传送到储液箱7之中。通过该过滤器安排19，存在于电解液17中的剩余的悬浮物质被过滤掉，这样在储液器7中仅有被净化并且中性的电解液8准备就绪，以便用于进一步在处理装置1的回路中循环。

根据本发明如此进行配置的处理装置1因此有效地防止了在部件或电极(如，阴极4以及阳极5)上形成的沉积物。

因此可以在根据本发明的处理装置1中进行电化学处理而没有沉积物。另外，在特别长的运行时间上电解液8的一种循环以及由此的多次利用是有可能的，并且由此处理费用也降低了。

此外，本发明不限于所展示的这些实施方案。相反，在权利要求范围之内的本发明的很多变化是可能的。因此，例如，取代图1所示的在电渗析池10与中和箱13之间的直接连接，也可以将增大了pH值的电解液24的多个量值分成多个部分的液流并且在不同的位置(这就是说在多个汇合处)处与该第一部分液流11进行混合。

此外，除了将电渗析池用作一种设置装置之外，还有可能安排额外的或其他的设置装置(例如，像多个计量安排的形式，在电解液回路20中的不同位置处)，以便实现那里的所希望的pH值改变。

参考符号清单

1 处理装置

2 处理空间

3 部件

4 阴极

5 阳极

6 电解液

7 储液器

8 中性并且净化的电解液

9 第一泵

10 电渗析池

11 第一部分液流

12 第二泵

13 中和箱

14 第二部分液流

15 第三泵

16 固体

17 被中和的电解液

18 第四泵

19 过滤器安排

20 回路

21 设置装置

22 第一引导装置

23 第二引导装置

24 增大了pH值的电解液

25 减小了pH值的电解液

Claims (7)

1.一种用于至少一个部件(3)的电化学处理的方法，其中该部件(3)至少部分被一种电解液(25)围绕，该方法包括以下步骤：

a)设置电解液(8)的储液器(7)；

b)在一电渗析池(10)中将来自储液器的电解液分成部分量(24、25)，其中pH值在至少一个部分量中减小，pH值在至少一个另外的部分量中增大；以及

c)将带有减小的pH值的部分量在至少一个第一部分液流(11)中供给该至少一个部件(3)，并且将带有该增大的pH值的部分量在至少一个第二部分液流(14)中引导绕过该至少一个部件(3)，

在该至少一个部件(3)的下游将这两个部分量(11，14)合并而用于中和。

2.如权利要求1所述的方法，对减小的pH值以及增大的pH值进行选择，从而使这些相关联的部分量可以被相互中和。

3.如权利要求1或2所述的方法，使该电解液(8)在一个闭合回路(20)中循环。

4.如权利要求1或2所述的方法，使用了一种电渗析方法用于设置电解液(18)的改变了pH值的部分量的pH值。

5.一种用于至少一个部件(3)的电化学处理的装置(1)，该装置具有：

一个处理空间(2)，

用于将一种电解液(25)供给该处理空间(2)的至少一个供应装置，

至少一个设置装置，该设置装置用于设置来自于一个储液器(7)的在处理空间(2)上游的初始中性的电解液(8)的pH值，使得第一部分量的电解液(25)的pH值被降低，而第二部分量的电解液(24)的pH值被增大，其中供应装置具有第一引导装置(22)和第二引导装置(23)，该第一引导装置用于带有减小的pH值的第一部分量的电解液(25)传送至处理空间(2)，该第二引导装置用于带有增大的pH值的第二部分量的电解液(24)传送绕过处理空间(2)；

在处理空间(2)下游的中和箱(13)，其中第一部分量的电解液(25)和第二部分量的电解液(24)分别排入到中和箱(13)，以便能发生中和作用。

6.如权利要求5所述的装置(1)，该设置装置(21)是一个电渗析池(10)。

7.如权利要求5或6所述的装置(1)，该供应装置被设计为一个闭合回路(20)。