CN109423688B - 电化学处理液循环系统及设备 - Google Patents

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Abstract

一种电化学处理液循环系统，包括电化学加工模块、原液池及脏液池，所述原液池内储存有标准处理液，所述原液池内的标准处理液通过增压泵输送至所述电化学加工模块内进行电化学加工，经过电化学加工后产生的脏液流入所述脏液池，所述脏液在所述脏液池内沉淀后进行反渗透膜的渗透过滤，脏液内的原液成分通过所述反渗透膜进入所述原液池内，无法通过所述反渗透膜的脏液进行化学处理后获得金属，所述电化学加工模块用于对硬金属进行电化学切削或研磨或去毛刺处理。本申请可实现处理液的循环利用。

Description

电化学处理液循环系统及设备
技术领域
本申请涉及金属加工、化学处理领域，尤指一种电化学处理液循环系统及设备。
背景技术
目前，手机等移动终端外壳，一般采用镁或铝等轻金属合金作为外壳，该等镁或铝合金硬度较低，在加工过程中，一般会采用锻或压铸，再通过CNC切削进行精加工。随着手机市场的发展，对外壳的质感、硬度的要求都在增加。目前，市场上开始采用不锈钢等超硬材料作为手机壳体，但是不锈钢等超硬材料的加工难度非常大，需要更多的刀具、更长的时间去进行加工。
在新技术趋势中，可以对一些采用CNC刀具难以加工的硬金属进行电化学处理以加快硬金属的处理速度。但是对于处理液的回收再利用成为需要解决的问题。
发明内容
鉴于此，有必要提供一种可有效回收并循环利用处理液的电化学处理液循环系统。
为解决上述技术问题，本申请提供了一种电化学处理液循环系统，包括电化学加工模块、原液池及脏液池，所述原液池内储存有标准处理液，所述原液池内的标准处理液通过增压泵输送至所述电化学加工模块内进行电化学加工，经过电化学加工后产生的脏液流入所述脏液池，所述脏液在所述脏液池内沉淀后进行反渗透膜的渗透过滤，脏液内的原液成分通过所述反渗透膜进入所述原液池内，无法通过所述反渗透膜的脏液进行化学处理后获得金属，所述电化学加工模块用于对硬金属进行电化学切削或研磨或去毛刺处理。
优选地，所述反渗透膜的孔径为4-6微米，脏液内的金属颗粒或金属离子的直径介于10-30微米之间。
优选地，所述电化学处理液循环系统还包括渗透过滤池，所述脏液在所述脏液池中进行沉淀后的清液部分进入所述渗透过滤池中，渗透过滤池内的脏液经过反渗透膜的过滤后得到输入所述原液池内的标准处理液。
优选地，所述电化学处理液循环系统还包括金属回收池，所述脏液池内的沉淀物与渗透过滤池内的剩余物进入所述金属回收池内，金属回收池内的物质经过化学处理后得到可再利用的金属。
优选地，所述电化学加工模块对不锈钢工件进行开孔处理，所述不锈钢工件的开孔工艺包括提供阴极头，所述阴极头内开设有喷水孔，将所述阴极头置于所属工件需要开孔位置处上方0.1-0.3mm位置处，所述阴极头连接直流电源负极，所述工件连接直流电源正极，自所述喷水孔喷射处理液至所述工件表面需开孔位置处，所述工件表面相对所述阴极头位置处产生化学反应，所述高度流动的处理液带走反应物，随所述工件开孔位置处的反应速度，调整所述阴极头或/和工件的位置，使所述阴极头与所述工件开孔位置处的距离保持0.1-0.3mm直至所述开孔贯穿所述工件。
优选地，所述处理液按质量比重包括：5-15％的硝酸钠、5-15％的氯化钠、大于70％的水。
优选地，所述处理液按质量比重包括：8-12％的硝酸钠、8-12％的氯化钠、大于70％的水。
优选地，所述处理液按质量比重包括：10％的硝酸钠、10％的氯化钠、大于70％的水。
优选地，所述处理液与所述工件开孔位置处产生如下化学反应：
Figure BDA0001395081920000021
Mn-3e＝Mn3+；
Mn-2e＝Mn2+；
Cr-2e＝Cr2+；
Si+2H2O-4e＝SiO2(s)↓+4H+；
Fe2++e＝Fe3+；
Cr-3e＝Cr3+；
Fe-2e＝Fe2+；
Cr2+-e＝Cr3+；
Ni-2e＝Ni2+；
Fe-3e＝Fe3+；
4OH--4e＝2H2O+O2(g)↑；
Figure BDA0001395081920000031
Mn2++2H2O-2e＝MnO2(s)↓+4H+；
Figure BDA0001395081920000032
Figure BDA0001395081920000033
2Cl--2e＝Cl2(g)↑；
Figure BDA0001395081920000034
Figure BDA0001395081920000035
优选地，所述电化学加工模块对不锈钢工件进行电化学研磨，所述不锈钢工件的电化学研磨工艺包括砂轮，所述砂轮包括基体及设于所述基体表面的砂粒，所述基体为导体，所述砂粒为绝缘体，所述工件的待研磨面接触所述砂粒，所述砂轮的基体接直流电源的负极，所述工件接直流电源的正极，向所述工件的待研磨面喷洒处理液，所述工件待研磨面与所述砂轮基体之间的距离为0.02-0.1mm，所述处理液与所述工件待研磨面产生化学反应并腐蚀，所述砂轮或/和所述工件转动使之相互摩擦以去除所述工件待研磨面的腐蚀物质。
优选地，所述处理液按质量比重包括：3-7％的硝酸钠、2.5-5％的氯化钠、1-3％的磷酸氢二钠、0.1-1％的甘油、大于80％的水。
优选地，所述处理液按质量比重包括：4-6％的硝酸钠、2.8-3.2％的氯化钠、1.8-2.2％的磷酸氢二钠、0.3-0.7％的甘油、大于80％的水。
优选地，所述处理液按质量比重包括：5％的硝酸钠、3％的氯化钠、2％的磷酸氢二钠、0.5％的甘油、大于80％的水。
优选地，所述处理液与所述工件开孔位置处产生如下化学反应：
Figure BDA0001395081920000041
Mn-3e＝Mn3+；
Mn-2e＝Mn2+；
Cr-2e＝Cr2+；
Si+2H2O-4e＝SiO2(s)↓+4H+；
Fe2++e＝Fe3+；
Cr-3e＝Cr3+；
Fe-2e＝Fe2+；
Cr2+-e＝Cr3+；
Ni-2e＝Ni2+；
Fe-3e＝Fe3+；
4OH--4e＝2H2O+O2(g)↑；
Figure BDA0001395081920000042
Mn2++2H2O-2e＝MnO2(s)↓+4H+；
Figure BDA0001395081920000043
Figure BDA0001395081920000044
2Cl--2e＝Cl2(g)↑；
Figure BDA0001395081920000051
Figure BDA0001395081920000052
本申请电化学处理液循环系统通过对处理液的回收利用，使电化学加工工艺形成一个循环系统，最大限度地降低了制造成本，达到节能环保的要求。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本申请电化学处理液循环系统的示意图；
图2为本申请电化学处理液循环系统电化学加工模块有关硬金属电化学开孔工艺的第一示意图；
图3为本申请电化学处理液循环系统电化学加工模块有关硬金属电化学开孔工艺的第二示意图；
图4为本申请电化学处理液循环系统电化学加工模块有关硬金属电化学开孔工艺的第三示意图；
图5为本申请电化学处理液循环系统电化学加工模块有关硬金属电化学研磨工艺的示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
请参阅图1所示，本申请电化学处理液循环系统包括电化学加工模块81、原液池82、脏液池83、渗透过滤池84、及金属回收池85。
所述原液池82内储存有标准处理液，所述原液池82内的标准处理液通过一增压泵86输送至所述电化学加工模块81内进行电化学加工，经过电化学加工后产生的废弃处理液流入所述脏液池83，所述废弃处理液在脏液池经过简单沉淀后，上部分的脏液进入所述渗透过滤池84，沉淀部分进入所述金属回收池85中，所述渗透过滤池83内的处理液经过反渗透膜的透析后的处理液直接进入所述原液池82用以继续进行电化学加工。
所述标准处理液经过电化学加工后，其内附带了金属离子或金属颗粒变成脏液，附带的金属离子或金属颗粒依电化学加工模块加工的金属材质而定。所述金属离子或金属颗粒的直径介于10-30微米，所述反渗透膜的孔径介于4-6微米。
所述脏液经所述反渗透膜处理时，所述脏液内的化学溶液本身的离子小于所述反渗透膜的孔径，所述脏液经过反渗透膜后，处理液本身可以越过所述反渗透膜，而多余的金属离子或金属颗粒则无法通过所述反渗透膜，无法通过所述反渗透膜的金属离子与金属颗粒直接流入所述金属回收池内等待化学处理。
所述金属回收池内的物质经过化学处理后可以回收金属达到再利用的目的。
在一实施例中，所述脏液池83与所述渗透过滤池84为一体，在脏液沉淀的同时，对沉淀的清液直接进行反渗透处理。
所述电化学加工模块81可以是由若干个模块组成，即一个循环系统可供多个电化学加工模块81同时使用。
请参阅图2至图4所示，本申请为本申请电化学处理液循环系统的电化学加工模块81包括对硬金属工件的切削、开孔、去毛刺、研磨等加工处理；
不锈钢工件40的开孔处理工艺包括如下步骤：
S1、提供阴极头30、工件40，将所述阴极头30置于所述工件40需要开孔位置的上方0.1-0.3mm位置处；
所述阴极头30的外形与需要开孔的形状一致，所述阴极头30的外形尺寸较所述工件40的开孔小0.1-0.2mm，即留下0.1-0.2mm的余量；所述开孔形状可以是圆形、方形或其他不规则形状；
所述阴极头30包括导电主体31、及开设于所述导电主体31内的喷水孔35，所述导电主体31包括朝向所述工件40一侧的底面33及侧面34，所述侧面上部分34被绝缘保护层32覆盖，但所述侧面34靠近所述底面33一侧设有0.2-0.5mm长度的裸露部36。所述喷水孔35的出水端位于所述底面33上。所述阴极头50的导电主体31采用红铜材质制成。
在一实施例中，所述阴极头30上安装有感应器(未图示)，所述感应器用于实时检测所述阴极头30与所述工件表面之间的距离。
S2、所述阴极头30连接直流电源负极，所述工件40连接直流电源正极；
所述直流电源是频率为30KHz-100KHz的高频开关电源，工作电压为6-12V。
S3、自所述阴极头30内的喷水孔35喷射处理液至所述工件40的需开孔位置处；
所述处理液的流速为10-30m/s，所述处理液的喷射压力为0.5-2Mpa；
所述处理液按质量比重包括：5-15％的硝酸钠、5-15％的氯化钠、大于70％的水；
优选地，所述处理液按质量比重包括：8-12％的硝酸钠、8-12％的氯化钠、大于70％的水；
优选地，所述处理液按质量比重如下：10％的硝酸钠、10％的氯化钠、大于70％的水。
在此步骤中，不锈钢中工件40相对所述阴极头30底面的开孔位置处产生如下化学反应：
Figure BDA0001395081920000071
Mn-3e＝Mn3+
Mn-2e＝Mn2+
Cr-2e＝Cr2+
Si+2H2O-4e＝SiO2(s)↓+4H+
Fe2++e＝Fe3+
Cr-3e＝Cr3+
Fe-2e＝Fe2+
Cr2+-e＝Cr3+
Ni-2e＝Ni2+
Fe-3e＝Fe3+
4OH--4e＝2H2O+O2(g)↑
Figure BDA0001395081920000081
Mn2++2H2O-2e＝MnO2(s)↓+4H+
Figure BDA0001395081920000082
Figure BDA0001395081920000083
2Cl--2e＝Cl2(g)↑
Figure BDA0001395081920000084
Figure BDA0001395081920000085
同时因所述阴极头30的侧面裸露的部分导体，即裸露部36的存在，会因放电效应，所述工件产生化学反应的区域会稍大于所述阴极头30的外形尺寸，即所述阴极头30的外形尺寸会小于需要开开孔的尺寸，留下0.1-0.2mm的余量。
所述高速流动的处理液会带走所述化学反应的产物，使所述工件的开孔处不断“切削”形成凹槽直至贯通孔。
S4、随所述工件40开孔处电化学反应的去除量，移动所述阴极头30或/和所述工件40在垂直方向的距离，使所述阴极头30与工件开孔处表面的距离保持在0.1-0.3mm之间；
本步骤如图2、图3、图4所示，是所述工件40的开孔不断加深的状态图，可以依据化学反应的速度推算出单位时间内的加工变量，所述阴极头30或/和所述工件40依据单位时间内的加工变量，相对移动以使所述阴极头30与所述工件40开孔处表面的相对距离稳定在0.1-0.3mm之间；
在另一实施例中，设于所述阴极头30上的感应器实时感测阴极头30与所述工件40表面之间的距离，并通过控制系统实时控制二者之间的距离直至工件的开孔贯穿。所述感应器设于所述阴极头30的底面上，所述感应器直接检测所述阴极头30与所述开孔加工表面之间的距离，并通知控制系统进行调整。
此时，所述阴极头30会延伸入所述工件的开孔内，而所述开孔的外形尺寸因放电因素会稍大于所述阴极头30的外形尺寸，所述处理液会从开孔与所述阴极头30的缝隙处喷出。所述阴极头30与所述工件40之间的位置变化直至所述感应器检测到大于1mm的距离或无限大的距离时，此时，表明所述开孔已贯穿，停止加工。
S5、利用CNC刀具对所述开孔进行精加工。
本申请电化学加工模块的开孔工艺相较于采用CNC刀具完成整个工件的开孔工艺，采用电化学腐蚀的方式来开孔，加工速度快、效率高，无需损耗刀具，成本低，加工完成后，再辅以CNC刀具精加工即可达到传统纯CNC加工的精度。
不锈钢工件40的电化学研磨工艺如图5所示，包括砂轮21、及工件40，所述砂轮21包括基体211及分布于所述基体211表面上的砂粒212。所述砂轮21的基体211为导体可以传输电流，所述砂粒212为绝缘体，不能传输电流。所述砂轮21采用铜基体(即前述基体211)与粒度为80-400目的砂粒烧结而成。
包括步骤：
S1、装夹工件40，使工件40的待研磨表面朝向所述砂轮21；使所述砂轮21的砂粒212接触所述工件40的待研磨表面，所述砂轮21的基体211与所述工件40的待研磨表面之间保持0.02-0.1mm的间隙，即所述砂粒212的高度介于0.02-0.1mm之间，随着研磨损耗，所述砂粒212的高度会越来越小。
S2、向所述工件40的待研磨表面喷洒处理液；
所述处理液的喷洒速度为1-3m/s，所述处理液的喷射速度可以通过所述砂轮21的转动向外抛洒处理液而形成喷射速度。
所述处理液按质量比重如下：3-7％的硝酸钠、2.5-5％的氯化钠、1-3％的磷酸氢二钠、0.1-1％的甘油、大于80％的水；
优选地，所述处理液按质量比重如下：4-6％的硝酸钠、2.8-3.2％的氯化钠、1.8-2.2％的磷酸氢二钠、0.3-0.7％的甘油、大于80％的水；
优选地，所述处理液按质量比重如下：5％的硝酸钠、3％的氯化钠、2％的磷酸氢二钠、0.5％的甘油、大于80％的水。
S3、将所述砂轮21连接直流电源的负极，所述工件40连接直流电源的正极，所述直流电源是频率为30KHz-100KHz的高频开关电源，工作电压为1-10V。在此步骤中，不锈钢中的金属元素产生化学腐蚀，使工件40的待研磨表面产生腐蚀层，所述工件40相对所述砂轮21的导电基体211一定距离内的待研磨面上产生如下化学反应：
Figure BDA0001395081920000101
Mn-3e＝Mn3+
Mn-2e＝Mn2+
Cr-2e＝Cr2+
Si+2H2O-4e＝SiO2(s)↓+4H+
Fe2++e＝Fe3+
Cr-3e＝Cr3+
Fe-2e＝Fe2+
Cr2+-e＝Cr3+
Ni-2e＝Ni2+
Fe-3e＝Fe3+
4OH--4e＝2H2O+O2(g)↑
Figure BDA0001395081920000102
Mn2++2H2O-2e＝MnO2(s)↓+4H+
Figure BDA0001395081920000111
Figure BDA0001395081920000112
2Cl--2e＝Cl2(g)↑
Figure BDA0001395081920000113
Figure BDA0001395081920000114
S4、转动所述砂轮21，移动所述工件40使所述砂轮21与所述工件40的所有待研磨表面之间产生摩擦，去除所述工件40待研磨表面上的腐蚀层，所述砂轮21或所述工件40的一次进给量为0.005-0.1mm，循环研磨，直至研磨的厚度达到预定要求。
本申请电化学加工模块的研磨工艺通过电化学腐蚀所述硬金属的待研磨面，在通过砂轮21的砂粒摩擦加速所述腐蚀层的磨削，大大提升了加工效率。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (11)

1.一种电化学处理液循环系统，其特征在于，包括电化学加工模块、原液池及脏液池，所述原液池内储存有标准处理液，所述原液池内的标准处理液通过增压泵输送至所述电化学加工模块内进行电化学加工，经过电化学加工后产生的脏液流入所述脏液池，所述脏液在所述脏液池内沉淀后进行反渗透膜的渗透过滤，脏液内的原液成分通过所述反渗透膜进入所述原液池内，无法通过所述反渗透膜的脏液进行化学处理后获得金属，所述电化学加工模块用于对硬金属进行电化学切削或研磨或去毛刺处理，所述电化学加工模块由若干个模块组成，所述电化学处理液循环系统供多个所述电化学加工模块同时使用；所述脏液内的化学溶液的离子小于所述反渗透膜的孔径；所述电化学处理液循环系统还包括渗透过滤池，所述脏液在所述脏液池中进行沉淀后的清液部分进入所述渗透过滤池中，渗透过滤池内的脏液经过反渗透膜的过滤后得到输入所述原液池内的标准处理液；所述电化学处理液循环系统还包括金属回收池，所述脏液池内的沉淀物与渗透过滤池内的剩余物进入所述金属回收池内，金属回收池内的物质经过化学处理后得到可再利用的金属。
2.如权利要求1所述的电化学处理液循环系统，其特征在于，所述电化学加工模块对不锈钢工件进行开孔处理，所述不锈钢工件的开孔工艺包括提供阴极头，所述阴极头内开设有喷水孔，将所述阴极头置于所属工件需要开孔位置处上方0.1-0.3mm位置处，所述阴极头连接直流电源负极，所述工件连接直流电源正极，自所述喷水孔喷射处理液至所述工件表面需开孔位置处，所述工件表面相对所述阴极头位置处产生化学反应，所述高度流动的处理液带走反应物，随所述工件开孔位置处的反应速度，调整所述阴极头或/和工件的位置，使所述阴极头与所述工件开孔位置处的距离保持0.1-0.3mm直至所述开孔贯穿所述工件。
3.如权利要求2所述的电化学处理液循环系统，其特征在于，所述处理液按质量比重包括：5-15％的硝酸钠、5-15％的氯化钠、大于70％的水。
4.如权利要求3所述的电化学处理液循环系统，其特征在于，所述处理液按质量比重包括：8-12％的硝酸钠、8-12％的氯化钠、大于70％的水。
5.如权利要求4所述的电化学处理液循环系统，其特征在于，所述处理液按质量比重包括：10％的硝酸钠、10％的氯化钠、大于70％的水。
6.如权利要求5所述的电化学处理液循环系统，其特征在于，所述处理液与所述工件开孔位置处产生如下化学反应：
Figure FDA0003331488780000021
Mn-3e＝Mn3+；
Mn-2e＝Mn2+；
Cr-2e＝Cr2+；
Si+2H2O-4e＝SiO2(s)↓+4H+；
Fe2++e＝Fe3+；
Cr-3e＝Cr3+；
Fe-2e＝Fe2+；
Cr2+-e＝Cr3+；
Ni-2e＝Ni2+；
Fe-3e＝Fe3+；
4OH--4e＝2H2O+O2(g)↑；
Figure FDA0003331488780000031
Mn2++2H2O-2e＝MnO2(s)↓+4H+；
Figure FDA0003331488780000032
Figure FDA0003331488780000033
2Cl--2e＝Cl2(g)↑；
Figure FDA0003331488780000034
Figure FDA0003331488780000035
7.如权利要求1所述的电化学处理液循环系统，其特征在于，所述电化学加工模块对不锈钢工件进行电化学研磨，所述不锈钢工件的电化学研磨工艺包括砂轮，所述砂轮包括基体及设于所述基体表面的砂粒，所述基体为导体，所述砂粒为绝缘体，所述工件的待研磨面接触所述砂粒，所述砂轮的基体接直流电源的负极，所述工件接直流电源的正极，向所述工件的待研磨面喷洒处理液，所述工件待研磨面与所述砂轮基体之间的距离为0.02-0.1mm，所述处理液与所述工件待研磨面产生化学反应并腐蚀，所述砂轮或/和所述工件转动使之相互摩擦以去除所述工件待研磨面的腐蚀物质。
8.如权利要求7所述的电化学处理液循环系统，其特征在于，所述处理液按质量比重包括：3-7％的硝酸钠、2.5-5％的氯化钠、1-3％的磷酸氢二钠、0.1-1％的甘油、大于80％的水。
9.如权利要求8所述的电化学处理液循环系统，其特征在于，所述处理液按质量比重包括：4-6％的硝酸钠、2.8-3.2％的氯化钠、1.8-2.2％的磷酸氢二钠、0.3-0.7％的甘油、大于80％的水。
10.如权利要求9所述的电化学处理液循环系统，其特征在于，所述处理液按质量比重包括：5％的硝酸钠、3％的氯化钠、2％的磷酸氢二钠、0.5％的甘油、大于80％的水。
11.如权利要求10所述的电化学处理液循环系统，其特征在于，所述处理液与所述工件开孔位置处产生如下化学反应：
Figure FDA0003331488780000041
Mn-3e＝Mn3+；
Mn-2e＝Mn2+；
Cr-2e＝Cr2+；
Si+2H2O-4e＝SiO2(s)↓+4H+；
Fe2++e＝Fe3+；
Cr-3e＝Cr3+；
Fe-2e＝Fe2+；
Cr2+-e＝Cr3+；
Ni-2e＝Ni2+；
Fe-3e＝Fe3+；
4OH--4e＝2H2O+O2(g)↑；
Figure FDA0003331488780000042
Mn2++2H2O-2e＝MnO2(s)↓+4H+；
Figure FDA0003331488780000043
Figure FDA0003331488780000044
2Cl--2e＝Cl2(g)↑；
Figure FDA0003331488780000045
Figure FDA0003331488780000046
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