CN108524996B - 一种抑制船用铝合金在加工过程中腐蚀的装置 - Google Patents

一种抑制船用铝合金在加工过程中腐蚀的装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抑制船用铝合金在加工过程中腐蚀的装置,包括:侧壁开有排污口、进液口和出液口的箱体;通过管道连通所述进液口的第一气体隔膜泵;通过管道接通所述第一气体隔膜泵的一级腔体;用于控制所述一级腔体内气压的气压调节阀;内置于所述一级腔体内的微米陶瓷膜;通过顶部开设的溢流口连通所述一级腔体的二级腔体;固定于所述二级腔体底部的集液槽;固定于所述二级腔体内,连通所述溢流口和所述集液槽的托盘组件通道;对流经所述托盘组件通道中的切削液进行紫外线照射的紫外灯组件;连通所述集液槽和所述出液口的第二气体隔膜泵。本发明通过陶瓷膜曝气,同时利用不同波段紫外线杀菌技术有效地抑制了船用铝合金在生产加工过程中的腐蚀。

Description

一种抑制船用铝合金在加工过程中腐蚀的装置
技术领域
本发明涉及抑制铝合金腐蚀的装置。
背景技术
铝合金材料作为工业应用中较为广泛的一类有色金属,加工成形性好,可塑性高,易于进行切割、冲压、冷弯、成型和切削等各种形式的加工,适合船体的流线化设计要求,因此在船舶及船用设备领域的应用日趋广泛,同时船用铝合金密度小、质量轻,很大程度上减轻了船体结构质量,提高船速的同时可减少燃油的耗费。
然而,铝合金作为两性金属在加工过程中极易腐蚀,影响其腐蚀的主要原因有以下几个方面:一方面,在船用铝合金加工过程中所使用的切削液会不可避免的混杂空气、粉尘和金属削,这些杂质附着在铝合金表面易与铝基体构成微小的局部电池,使之发生电化学腐蚀,造成铝合金点蚀、变色等不良后果,严重影响其性能和使用寿命。另一方面,切削液中滋生的细菌在铝合金加工过程中吞噬缓蚀剂,导致切削液缓蚀性能降低,同时由于其滋生的细菌以厌氧菌为主,其新陈代谢产物多为有机酸或酸性气体会进一步加剧船用铝合金的腐蚀,所以抑制船用铝合金在加工过程中腐蚀行为的关键在于阻断杂质与铝合金的接触以及抑制切削液中细菌特别是厌氧细菌的滋生和繁殖。
鉴于铝合金加工过程中易腐蚀的难题,目前国内外并没有很好的有效方法。在过滤杂质方面,传统的离心技术虽然在净化切削液上有一定的效果,但是因为其成本昂贵不易维护功能单一,且处理效果有限,并未得到大规模使用。在切削液杀菌方面,多用投放杀菌剂或利用臭氧、紫外灯的方法来达到灭菌效果。然而,投放杀菌剂不仅会对环境造成二次污染,且投放不当会严重影响人体健康,而臭氧虽然杀菌效果显著,但臭氧本身具有强氧化性,残余臭氧不仅会氧化铝合金且对机床也有一定的损伤,同时由于切削液多呈乳白色导致紫外灯穿透率极低,穿透厚度平均为2-3mm,但现有产品的设计上多为内置紫外灯的圆柱形腔体,其紫外线辐照面积小,单位面积内的切削液较厚,无法高效实现杀菌的目的。因此,就目前的杀菌技术而言仍存在很大的不足,灭菌难度大。
发明内容
本发明的目的在于一种抑制船用铝合金在加工过程中腐蚀的装置,通过陶瓷膜曝气,同时利用不同波段紫外线杀菌技术有效地抑制了船用铝合金在生产加工过程中的腐蚀。
实现上述目的的技术方案是:
一种抑制船用铝合金在加工过程中腐蚀的装置,外接机床切削液槽对角线的两端,包括:
侧壁开有排污口、进液口和出液口的箱体;
固定于所述箱体内,并通过管道连通所述进液口的第一气体隔膜泵;
置于所述箱体内,通过管道接通所述第一气体隔膜泵的一级腔体;
用于控制所述一级腔体内气压的气压调节阀;
内置于所述一级腔体内的微米陶瓷膜;
置于所述箱体内,通过顶部开设的溢流口连通所述一级腔体的二级腔体;
固定于所述二级腔体底部的集液槽;
固定于所述二级腔体内,连通所述溢流口和所述集液槽的托盘组件通道;
对流经所述托盘组件通道中的切削液进行紫外线照射的紫外灯组件;以及
连通所述集液槽和所述出液口的第二气体隔膜泵;
其中,所述一级腔体通过管道连通所述排污口;
所述进液口和所述出液口分别通过管道接通机床切削液槽对角线的两端。
优选的,所述托盘组件通道包括水平设置的多个透明托盘,该多个所述透明托盘沿竖直方向呈Z字型交错分布,每个所述透明托盘的左侧端或右侧端开有一排使得切削液流入下一个所述透明托盘或者所述集液槽的溢流孔;
所述紫外灯组件包括多个紫外灯组,每个紫外灯组包括水平排列的至少两个紫外灯;各所述紫外灯组布置在各所述透明托盘的上方和所述集液槽的上方。
优选的,所述透明托盘由亚克力板或者石英制成;
所述溢流孔距离其所在的所述透明托盘的底面4mm-6mm;
每两相邻所述透明托盘之间的距离控制在12cm-20cm之间。
优选的,布置在第二层及第二层以下各透明托盘上方和所述集液槽上方的所述紫外灯的波长为254nm;
布置在第一层透明托盘上方的所述紫外灯的波长为185nm;
所述一级腔体和所述二级腔体各自的内顶面均设有活性炭模块。
优选的,还包括:
设置于所述一级腔体内,用于检测切削液pH值的pH值实时检测装置;以及
电连接各所述紫外灯和所述pH值实时检测装置的电控制柜;
其中,所述pH值实时检测装置检测到pH值在8.6以上,发送部分开启信号给所述电控制柜,所述电控制柜开启部分所述紫外灯;
所述pH值实时检测装置检测到pH值在8.6以下,发送全部开启信号给所述电控制柜,所述电控制柜开启全部所述紫外灯。
本发明的有益效果是:本发明一方面通过微米陶瓷膜产生大量微米级空泡,有效杀灭厌氧细菌并且降低液体的密度,从而让切削液中的颗粒物因重力作用自沉。另一方面通过不同波段紫外线深度杀菌,从而有效地抑制了微生物的滋生和繁殖进而抑制船用铝合金在生产加工过程中的腐蚀。同时,因为臭氧比空气重,会自动下沉,所以布置在第一层透明托盘上方185nm的紫外灯产生的臭氧在下沉过程中不仅能杀灭细菌还可以净化因细菌大量繁殖产生的恶臭气体,通过254nm的紫外线降解臭氧。另外,通过活性炭模块,使臭氧不会散发到空气中,确保对环境不产生二次污染。另外,通过pH值实时检测装置实时监测以及电控制柜控制,有效控制紫外灯等开闭。
附图说明
图1是本发明的抑制船用铝合金在加工过程中腐蚀的装置的正面透视图;
图2是本发明的抑制船用铝合金在加工过程中腐蚀的装置的侧面透视图;
图3是本发明中电化学实验得到的阻抗谱图;
图4是本发明中试样浸泡在对照样中24小时后的金相图;
图5是本发明中试样浸泡在处理样中24小时后的金相图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
请参阅图1和图2,本发明的抑制船用铝合金在加工过程中腐蚀的装置,包括箱体、一级腔体15、二级腔体16、第一气体隔膜泵8、第二气体隔膜泵6、微米陶瓷膜9、集液槽5、托盘组件通道和紫外灯组件。
箱体侧壁开有排污口12、进液口13和出液口7。进液口13和出液口7分别通过管道接通机床切削液槽对角线的两端。
一级腔体15和二级腔体16均固定在箱体内,并紧靠一起。一级腔体15通过管道连通排污口12。
第一气体隔膜泵8固定于箱体内,并通过管道连通进液口13和一级腔体15。第一气体隔膜泵8将机床切削液槽中切削液吸入一级腔体15内。微米陶瓷膜9内置于一级腔体15内,通过控制气压的气压调节阀控制一级腔体15内的气压,使得微米陶瓷膜9产生大量微米级空泡,该空泡一方面可以增大空气与切削液的比表面积,起到杀灭厌氧细菌的目的。另一方面,通过合理控制气压得到的微米空泡能产生温和气流,使液体搅动不至于太过剧烈的同时降低了液体的密度,从而让切削液中的颗粒物因重力作用自沉而下降并可通过排污口12定期排出。其中,控制气压的气压调节阀可通过电控制柜14进行开启、关闭等控制。一级腔体15和二级腔体16之间通过顶部开设溢流口2连通。第二气体隔膜泵6、集液槽5、托盘组件通道和紫外灯组件均固定于二级腔体16内。集液槽5固定于二级腔体16的底部。托盘组件通道用于连通溢流口2和集液槽5,使得切削液流通。紫外灯组件对流经托盘组件通道中的切削液进行紫外线照射。第二气体隔膜泵6连通集液槽5和出液口7。
托盘组件通道包括水平设置的多个透明托盘4,该多个透明托盘4沿竖直方向呈Z字型交错分布,透明托盘之间距离控制在12cm-20cm之间,每个透明托盘4的左侧端或右侧端开有一排使得切削液流入下一个透明托盘4或者集液槽5的溢流孔,溢流孔距离其所在的透明托盘4的底面4mm-6mm,从而通过溢流孔削薄切削液厚度,使紫外线能有效的穿透。透明托盘4由亚克力板或者石英制成,可让紫外线穿透。当一级腔体15内的切削液达到一定的高度时通过溢流口2流入二级腔体16内的第一个透明托盘上。
紫外灯组件包括多个紫外灯组,每个紫外灯组包括水平排列的至少两个紫外灯3,各紫外灯组布置在各透明托盘4的上方和集液槽5的上方,以便紫外线能透过切削液膜实现杀菌。布置在第二层及第二层以下各透明托盘4的上方和集液槽5上方的紫外灯3的波长为254nm;布置在第一层透明托盘4上方的紫外灯3的波长为185nm。紫外线的C波段(200-275nm)所具有的高辐射强度,对需要处理的切削液进行有效照射,破坏切削液中的微生物核酸结构,从而达到强灭菌和降解细菌新陈代谢的有机酸和HS等臭味气体的目的。同时,因为臭氧比空气重,布置在第一层透明托盘上方波长185nm的紫外灯能产生的臭氧,臭氧在下沉过程中不仅能杀灭细菌还可以净化因细菌大量繁殖产生的恶臭气体。由于254nm的紫外线能降解臭氧,同时在一级腔体15和二级腔体16各自的内顶面均设有活性炭模块1,使臭氧不会散发到空气中,确保对环境不产生二次污染。
进一步,可以增加pH值实时检测装置10和电控制柜14。pH值实时检测装置10设置于一级腔体15内,用于检测切削液pH值。因为铝合金的pH合理工作值在8.6-9.2之间,当一级腔体15内切削液的pH值在8.6以上,发送部分开启信号给电控制柜14,电控制柜14开启部分紫外灯3,省电。当一级腔体15内切削液的pH值在8.6以下,发送全部开启信号给电控制柜14,电控制柜14开启全部紫外灯3。最后,通过透明托盘4溢流到集液槽5中的切削液,经过第二气体隔膜泵6抽回至机床切削液槽内循坏使用。
另外,通过以下实验论证本发明的有效性。
实验方法:
取1000L使用过2个月左右的切削液,将其平均分为500L的两份,其中500L作为对照样(静置72小时),另外500L用本发明设备持续处理72小时。取处理前切削液、对照样和处理样各50ml,用平板菌落计数法测试菌含量、用悬浮物测定仪测试SS值、用pH计测试pH值。
电化学实验前,将铝合金切成一批尺寸为10mm×10mm×3mm的试样,将其任意10mm×10mm的一面选择为工作面,非工作面焊接导线,并用环氧树脂封装,工作面经300#、600#、800#和1200#耐水SiC砂纸依此打磨,然后用0.3μm氧化铝粉末进行抛光处理,丙酮超声除油,最后用乙醇冲洗、自然干燥待用。用对照样和处理样分别浸泡这些铝合金试样,浸泡24小时后进行电化学实验及拍摄表面金相图。
实验结果:
细菌值、pH值、SS值如下:
Figure BDA0001630764590000061
表1
从表1可以看出静置72小时后的对照样中SS值基本不变,细菌值从209280cfu/ml上升到1701170cfu/ml,细菌新陈代谢产生的一些有机酸使切削液酸化,pH值从8.65下降到7.92,经过本设备72小时处理后,对处理样而言因微米级空泡的作用使得悬浊物自然沉降,使SS值从87mg/L下降到5mg/L,同时通过一级和二级腔的协同作用,使得细菌快速杀灭的同时因紫外辐照降解有机酸,pH值有所上升,从8.65上升到8.72。
另外,可以参考金相图,即图4、5,分别为试样浸泡在对照样和处理样中24小时后的表面金相图。从图中可以看出,在对照样中浸泡后的铝合金试样表面会有一些黑色的腐蚀产物,在处理样中浸泡后的铝合金试样表面干净,黑色斑点大量减少。说明经过本设备处理,铝合金相比对照样腐蚀得到了明显抑制。
同时,如图3为电化学阻抗谱图。图中均呈现出1个容抗弧,浸泡在切削液中的电极表面存在明显的“弥散效应”,容抗弧的直径越小,这说明试样在微生物和悬浊物的作用下,电极表面粗糙度逐渐变大,腐蚀速率逐渐加快。从容抗弧的形状来看,浸泡在处理样中的直径明显比浸泡在对照样中大,腐蚀抑制效果明显,该结论和扫描电镜图得到的结果基本一致。
综上所述,经本发明处理后,有效提高了切削液的pH值,降低了细菌值和SS值,铝合金腐蚀抑制效果显著。
以上实施例仅供说明本发明之用,而非对本发明的限制,有关技术领域的技术人员,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,还可以作出各种变换或变型,因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴,应由各权利要求所限定。

Claims (4)

1.一种抑制船用铝合金在加工过程中腐蚀的装置,外接机床切削液槽对角线的两端,其特征在于,包括:
侧壁开有排污口(12)、进液口(13)和出液口(7)的箱体;
固定于所述箱体内,并通过管道连通所述进液口(13)的第一气体隔膜泵(8);
置于所述箱体内,通过管道接通所述第一气体隔膜泵(8)的一级腔体(15);
用于控制所述一级腔体(15)内气压的气压调节阀;
内置于所述一级腔体(15)内的微米陶瓷膜(9);
置于所述箱体内,通过顶部开设的溢流口(2)连通所述一级腔体(15)的二级腔体(16);
固定于所述二级腔体(16)底部的集液槽(5);
固定于所述二级腔体(16)内,连通所述溢流口(2)和所述集液槽(5)的托盘组件通道;
对流经所述托盘组件通道中的切削液进行紫外线照射的紫外灯组件;以及
连通所述集液槽(5)和所述出液口(7)的第二气体隔膜泵(6);
其中,所述一级腔体(15)通过管道连通所述排污口(12);
所述进液口(13)和所述出液口(7)分别通过管道接通机床切削液槽对角线的两端;
所述托盘组件通道包括水平设置的多个透明托盘(4),该多个所述透明托盘(4)沿竖直方向呈Z字型交错分布,每个所述透明托盘(4)的左侧端或右侧端开有一排使得切削液流入下一个所述透明托盘(4)或者所述集液槽(5)的溢流孔;
所述紫外灯组件包括多个紫外灯组,每个紫外灯组包括水平排列的至少两个紫外灯(3);各所述紫外灯组布置在各所述透明托盘(4)的上方和所述集液槽(5)的上方。
2.根据权利要求1所述的抑制船用铝合金在加工过程中腐蚀的装置,其特征在于,所述透明托盘(4)由亚克力板或者石英制成;
所述溢流孔距离其所在的所述透明托盘(4)的底面4mm-6mm;
每两相邻所述透明托盘之间的距离控制在12cm-20cm之间。
3.根据权利要求1所述的抑制船用铝合金在加工过程中腐蚀的装置,其特征在于,布置在第二层及第二层以下各透明托盘(4)的上方和所述集液槽(5)上方的所述紫外灯(3)的波长为254nm;
布置在第一层透明托盘(4)上方的所述紫外灯(3)的波长为185nm;
所述一级腔体(15)和所述二级腔体(16)各自的内顶面均设有活性炭模块(1)。
4.根据权利要求1所述的抑制船用铝合金在加工过程中腐蚀的装置,其特征在于,还包括:
设置于所述一级腔体(15)内,用于检测切削液pH值的pH值实时检测装置(10);以及
电连接各所述紫外灯(3)和所述pH值实时检测装置(10)的电控制柜(14);
其中,所述pH值实时检测装置(10)检测到pH值在8.6以上,发送部分开启信号给所述电控制柜(14),所述电控制柜(14)开启部分所述紫外灯(3);
所述pH值实时检测装置(10)检测到pH值在8.6以下,发送全部开启信号给所述电控制柜(14),所述电控制柜(14)开启全部所述紫外灯(3)。
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