CN110965116A - 一种适用于沉淀硬化不锈钢去氧化皮的电解超声协同装置 - Google Patents

一种适用于沉淀硬化不锈钢去氧化皮的电解超声协同装置 Download PDF

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Abstract

一种适用于沉淀硬化不锈钢去氧化皮的电解超声协同装置。其包括外壳体、电解酸洗组件、超声清洗组件、磁力搅拌组件和温度控制组件、液位补充组件、保温夹套层和铁架台；本发明提供的适用于沉淀硬化型不锈钢氧化皮去除的电解超声协同装置能够在同一实验环境内进行电解酸洗和超声清洗的同步协同处理。通过循环冷凝管中的冷却液和调节加热电阻以实现电解液温度更精确、更灵敏的控制；通过清洗槽两侧产生的超声波空化作用，进行协同电解酸洗，以达到高效去除沉淀硬化型不锈钢表面氧化皮的效果。本装置可根据需求实时调控电解液温度、液位以及磁力搅拌速率，能够对现有的试验仪器设备进行功能上的升级和替代，从而提高处理效率并减少污染与能耗。

Description

一种适用于沉淀硬化不锈钢去氧化皮的电解超声协同装置
技术领域
本发明属于电解法除去物体上材料所用设备技术领域，特别是涉及一种适用于沉淀硬化不锈钢去氧化皮的电解超声协同装置。
背景技术
目前针对不锈钢工件的电解酸洗处理主要是利用强酸作为酸洗液，且温度一般在70℃以上，因此常因酸雾的产生和高温作业产生的环境污染和安全隐患而被诟病。同时，在工业中，常用超声清洗机清除不锈钢工件表面残余的氧化物，主要组件为超声波发生器、换能器、清洗槽，超声清洗机主要是通过换能器，将功率超声频源的声能转换成机械振动，通过清洗槽壁将超声波辐射到清洗槽的清洗液，超声波换能器具体安装在清洗槽的底部或侧面，还是底部和侧面，要根据清洗工件的原有特性如大小、材质、形状，以及要清洗的污渍特性等来确定。同时，当超声频率过低时，超声空化作用不明显，频率过高时，超声波产生的气泡在清洗液中剧烈震荡，影响电极和溶液的接触，反而导致清洗效率降低。
因此，电解酸洗和超声波清洗两种处理方式各自均有诸多缺点，不能被有效应用在各种不锈钢清洗条件下，有待补充完善。
现有技术如公开号为CN110129874A的专利文献公开了一种不锈钢高效清洗装置及方法，装置包括依次连接的中性盐超声电解槽、强酸超声酸洗槽、超声混酸酸洗槽、喷淋漂洗槽、超声漂洗槽和辐射热风干燥系统，所述中性盐超声电解槽、强酸超声酸洗槽、超声混酸酸洗槽和超声漂洗槽内都设有超声波振子，所述超声波振子通过支架悬挂在中性盐超声电解槽、强酸超声酸洗槽、超声混酸酸洗槽和超声漂洗槽内，所述超声波振子与超声波发生器连接。
然而，生产线式的工业清洗作业对于尺寸较小或难以移动的不锈钢材并不适用，并且对于去氧化皮的效率和试验的精确性都有影响。同时，电解酸洗处理使阳极表面生成大量氧气，而阴极表面生成大量的氢气，然而这些气泡并不能作为空化核起到超声空化的作用，并且它们聚集在氧化皮周围，减少了氧化皮与电解液的反应面积，一定程度上对氧化还原反应速率产生了负面影响，因此需要动力较大的机械搅拌辅助。
现有技术如公开号为CN101812694A的专利文献公开了一种快速除锈装置，包括外套槽和内衬槽，内衬槽设置于外套槽内部，所述外套槽的内部底端设置有一超声波振板，超声波振板与内衬槽的底部接触配合，及所述内衬槽的内部设置有至少一加热管。
然而对于不锈钢工件的处理，由于工件较长带孔洞并被悬挂在电解液内，使得底震式安装的换能器难以达到清洗效果，且缺陷氧化皮等经过清洗后会沉集在槽底，在搅拌作用下经常会因摩擦而加大底板的损耗，同时使换能器的功率难以散发，容易造成换能器焖烧造成故障损坏。所以，从实用性、安全性和性能的考虑，底部安装超声波换能器效果远低于侧面安装的方式。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种适用于沉淀硬化型不锈钢氧化皮去除的电解超声交替协同装置，以提高不锈钢工件表面质量、提升处理效率、改善作业环境、减少环境污染。
为了达到上述目的，本发明提供的适用于沉淀硬化不锈钢去氧化皮的电解超声协同装置包括外壳体、电解酸洗组件、超声清洗组件、磁力搅拌组件和温度控制组件、液位补充组件、保温夹套层和铁架台；
其中，所述的外壳体的上端形成有开口；铁架台的下端固定在外壳体的外侧，上端位于外壳体的上端开口上方；
电解酸洗组件包括电解槽、阳极、阴极和电源；电解槽设置在外壳体的内部上侧，与外壳体之间的间隙由保温夹套层填充，内部盛放有电解液；阳极和阴极均利用铁架台以悬吊的方式浸没在电解槽上部的电解液中，并通过导线与电源相连；
超声清洗组件包括压电式换能器和超声波发生器；超声波发生器设置在外壳体的外部；压电式换能器安装在位于保温夹套层内侧的电解槽外壁上，并与超声波发生器电连接，因此超声波发生器能够通过电路将高频信号传输给压电式换能器；
磁力搅拌组件包括磁力发生器、磁力搅拌子和磁力搅拌控制器；磁力发生器和磁力搅拌控制器安装在外壳体的底面上，磁力搅拌子则设置在电解槽底部的电解液中；
温度控制组件包括冷凝管、冷却装置、温度控制仪、温度探针、制冷剂泵出管、泵出设备、第二稳流阀、制冷剂回流管和加热电阻；冷凝管的中部缠绕在位于保温夹套层内侧的电解槽外壁上；冷却装置内盛放有制冷剂；泵出设备的进液口插入在冷却装置内；制冷剂泵出管的两端分别与泵出设备的出液口和冷凝管的一端相连；制冷剂回流管的一端与冷凝管的另一端相连，另一端插入在冷却装置内；第二稳流阀安装在制冷剂泵出管上；加热电阻安装在电解槽的底面外部；温度探针利用铁架台以悬吊的方式浸在电解槽上部的电解液中；温度控制仪分别与温度探针、泵出设备和加热电阻电连接；
液位补充组件包括液位控制仪、液位计、计量泵、配液管、第一稳流阀和调配鑵；液位计利用铁架台以悬吊的方式浸在电解槽上部的电解液中；调配鑵内盛放有电解液；计量泵的吸入口插入在调配鑵内；配液管的一端连接在计量泵的排液口处，另一端插入在电解槽内；第一稳流阀安装在配液管上；液位控制仪同时与液位计及计量泵电连接。
所述的阳极采用沉淀硬化型不锈钢腐蚀挂片，通过正极试样夹悬吊在铁架台上。
所述的阴极采用铂金属片，通过负极试样夹悬吊在铁架台上，阴极与阳极之间的距离为5cm且两者面积大致相等。
所述的压电式换能器在保温夹套层中对称排列，并且压电式换能器与电解槽外壁之间通过振子胶粘接。
所述的压电式换能器的输出功率为20-40kHz。
所述的温度控制仪的控制温度范围为35-45℃。
所述的磁力搅拌子采用耐强酸腐蚀的胶囊状特氟龙材料制成。
所述的保温夹套层采用硅酸铝保温材料制成。
本发明提供的适用于沉淀硬化型不锈钢氧化皮去除的电解超声协同装置能够在同一实验环境内进行电解酸洗和超声清洗的同步协同处理。通过循环冷凝管中的冷却液和调节加热电阻以实现电解液温度更精确、更灵敏的控制；通过清洗槽两侧产生的超声波空化作用，进行协同电解酸洗，以达到高效去除沉淀硬化型不锈钢表面氧化皮的效果。本装置可根据需求实时调控电解液温度、液位以及磁力搅拌速率，能够对现有的试验仪器设备进行功能上的升级和替代，从而提高处理效率并减少污染与能耗。
附图说明
图1为本发明提供的适用于沉淀硬化不锈钢去氧化皮的电解超声协同装置结构示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例和附图对本发明提供的适用于沉淀硬化不锈钢去氧化皮的电解超声协同装置进行详细说明。
如图1所示，本发明提供的适用于沉淀硬化不锈钢去氧化皮的电解超声协同装置包括外壳体1、电解酸洗组件、超声清洗组件、磁力搅拌组件和温度控制组件、液位补充组件、保温夹套层26和铁架台27；
其中，所述的外壳体1的上端形成有开口；铁架台27的下端固定在外壳体1的外侧，上端位于外壳体1的上端开口上方；
电解酸洗组件包括电解槽2、阳极3、阴极4和电源5；电解槽2设置在外壳体1的内部上侧，与外壳体1之间的间隙由保温夹套层26填充，内部盛放有电解液；阳极3和阴极4均利用铁架台27以悬吊的方式浸没在电解槽2上部的电解液中，并通过导线与电源5相连；
超声清洗组件包括压电式换能器6和超声波发生器7；超声波发生器7设置在外壳体1的外部；压电式换能器6安装在位于保温夹套层26内侧的电解槽2外壁上，并与超声波发生器7电连接，因此超声波发生器7能够通过电路将高频信号传输给压电式换能器6；
磁力搅拌组件包括磁力发生器8、磁力搅拌子9和磁力搅拌控制器10；磁力发生器8和磁力搅拌控制器10安装在外壳体1的底面上，磁力搅拌子9则设置在电解槽2底部的电解液中；
温度控制组件包括冷凝管11、冷却装置12、温度控制仪13、温度探针14、制冷剂泵出管15、泵出设备16、第二稳流阀17、制冷剂回流管18和加热电阻19；冷凝管11的中部缠绕在位于保温夹套层26内侧的电解槽2外壁上；冷却装置12内盛放有制冷剂；泵出设备16的进液口插入在冷却装置12内；制冷剂泵出管15的两端分别与泵出设备16的出液口和冷凝管11的一端相连；制冷剂回流管18的一端与冷凝管11的另一端相连，另一端插入在冷却装置12内；第二稳流阀17安装在制冷剂泵出管15上；加热电阻19安装在电解槽2的底面外部；温度探针14利用铁架台27以悬吊的方式浸在电解槽2上部的电解液中；温度控制仪13分别与温度探针14、泵出设备16和加热电阻19电连接；
液位补充组件包括液位控制仪20、液位计21、计量泵22、配液管23、第一稳流阀24和调配鑵25；液位计21利用铁架台27以悬吊的方式浸在电解槽2上部的电解液中；调配鑵25内盛放有电解液；计量泵22的吸入口插入在调配鑵25内；配液管23的一端连接在计量泵22的排液口处，另一端插入在电解槽2内；第一稳流阀24安装在配液管23上；液位控制仪20同时与液位计21及计量泵22电连接。
所述的阳极3采用沉淀硬化型不锈钢腐蚀挂片，通过正极试样夹悬吊在铁架台27上。
所述的阴极4采用铂金属片，通过负极试样夹悬吊在铁架台27上，阴极4与阳极3之间的距离为5cm且两者面积大致相等。
所述的压电式换能器6在保温夹套层26中对称排列，并且压电式换能器6与电解槽2外壁之间通过振子胶粘接。
所述的压电式换能器6的输出功率为20-40kHz。
所述的温度控制仪13的控制温度范围为35-45℃。
所述的磁力搅拌子9采用耐强酸腐蚀的胶囊状特氟龙材料制成。
所述的保温夹套层26采用硅酸铝保温材料制成。
现将本发明提供的适用于沉淀硬化型不锈钢氧化皮去除的电解超声协同装置的使用方法阐述如下：
当需要对沉淀硬化型不锈钢腐蚀挂片进行去氧化皮操作时，首先由操作人员利用正极试样夹夹持住沉淀硬化型不锈钢腐蚀挂片作为阳极3，利用负极试样夹夹持住铂金属片作为阴极4，并将阳极3和阴极4分别与电源5相连接之后固定悬吊在铁架台27上，之后浸入电解槽2内预先配制好的电解液中，并将磁力搅拌子9放置在电解槽2的底部，之后打开液位控制仪20，通过计量泵22抽取调配鑵25中相同的电解液经配液管23和第一稳流阀24到电解槽2中，直至电解槽2内的液位达到预设高度，之后打开温度控制仪13，利用温度探针14检测电解槽2内电解液的温度，由于上述沉淀硬化型不锈钢腐蚀挂片进行处理的最佳温度在35-45℃，其原因在于温度的升高可能会降低反应器的稳定性，而过低的温度又会严重降低反应速度，所以当电解槽2内的电解液温度低于35℃时，利用加热电阻19对电解液进行加温；而当电解液的温度高于45℃时，启动泵出设备16，由此将冷却装置12内的制冷剂通过制冷剂泵出管15及第二稳流阀17提供给冷凝管11，冷凝管11内的制冷剂将通过热交换的方式与电解槽2内的电解液进行热交换，由此来降低电解液的温度，经过热交换的制冷剂最后通过制冷剂回流管18流回冷却装置12内；最后打开磁力搅拌控制器10并调整到合适的搅拌速率，使磁力搅拌子9产生旋转，由此将电解液搅拌均匀。
在上述实验准备工作就绪后，首先打开超声波发生器7并调整输出频率至20-40kHz，其原因在于频率过低时超声作用不明显，频率过高时，气泡在电解液中剧烈震荡，从而影响电极和溶液的接触，超声波发生器7将通过电路将高频信号传输给压电式换能器6，由压电式换能器6产生超声波而对沉淀硬化型不锈钢腐蚀挂片进行超声清洗。超声清洗完成后打开电源5进行电解酸洗操作，并一直重复以上操作直至沉淀硬化型不锈钢腐蚀挂片表面无可见氧化皮残留。
优选地，采取电解酸洗和超声清洗的交替方式进行处理，顺序为超声清洗、电解酸洗、超声清洗，其原因在于超声空化作用可提高首次电解酸洗的效率。
以上所述实施例仅根据附图表达了本发明的具体实施方式，其描述相对具体和详细，但不能理解为本发明专利范围的限制。本发明实现了一种易于操作、可移植性强、调控精确、占地面积小的适用于沉淀硬化不锈钢去氧化皮的电解超声协同装置。

Claims (8)

1.一种适用于沉淀硬化不锈钢去氧化皮的电解超声协同装置，其特征在于：所述的装置包括外壳体(1)、电解酸洗组件、超声清洗组件、磁力搅拌组件和温度控制组件、液位补充组件、保温夹套层(26)和铁架台(27)；
其中，所述的外壳体(1)的上端形成有开口；铁架台(27)的下端固定在外壳体(1)的外侧，上端位于外壳体(1)的上端开口上方；
电解酸洗组件包括电解槽(2)、阳极(3)、阴极(4)和电源(5)；电解槽(2)设置在外壳体(1)的内部上侧，与外壳体(1)之间的间隙由保温夹套层(26)填充，内部盛放有电解液；阳极(3)和阴极(4)均利用铁架台(27)以悬吊的方式浸没在电解槽(2)上部的电解液中，并通过导线与电源(5)相连；
超声清洗组件包括压电式换能器(6)和超声波发生器(7)；超声波发生器(7)设置在外壳体(1)的外部；压电式换能器(6)安装在位于保温夹套层(26)内侧的电解槽(2)外壁上，并与超声波发生器(7)电连接，因此超声波发生器(7)能够通过电路将高频信号传输给压电式换能器(6)；
磁力搅拌组件包括磁力发生器(8)、磁力搅拌子(9)和磁力搅拌控制器(10)；磁力发生器(8)和磁力搅拌控制器(10)安装在外壳体(1)的底面上，磁力搅拌子(9)则设置在电解槽(2)底部的电解液中；
温度控制组件包括冷凝管(11)、冷却装置(12)、温度控制仪(13)、温度探针(14)、制冷剂泵出管(15)、泵出设备(16)、第二稳流阀(17)、制冷剂回流管(18)和加热电阻(19)；冷凝管(11)的中部缠绕在位于保温夹套层(26)内侧的电解槽(2)外壁上；冷却装置(12)内盛放有制冷剂；泵出设备(16)的进液口插入在冷却装置(12)内；制冷剂泵出管(15)的两端分别与泵出设备(16)的出液口和冷凝管(11)的一端相连；制冷剂回流管(18)的一端与冷凝管(11)的另一端相连，另一端插入在冷却装置(12)内；第二稳流阀(17)安装在制冷剂泵出管(15)上；加热电阻(19)安装在电解槽(2)的底面外部；温度探针(14)利用铁架台(27)以悬吊的方式浸在电解槽(2)上部的电解液中；温度控制仪(13)分别与温度探针(14)、泵出设备(16)和加热电阻(19)电连接；
液位补充组件包括液位控制仪(20)、液位计(21)、计量泵(22)、配液管(23)、第一稳流阀(24)和调配鑵(25)；液位计(21)利用铁架台(27)以悬吊的方式浸在电解槽(2)上部的电解液中；调配鑵(25)内盛放有电解液；计量泵(22)的吸入口插入在调配鑵(25)内；配液管(23)的一端连接在计量泵(22)的排液口处，另一端插入在电解槽(2)内；第一稳流阀(24)安装在配液管(23)上；液位控制仪(20)同时与液位计(21)及计量泵(22)电连接。
2.根据权利要求1所述的适用于沉淀硬化不锈钢去氧化皮的电解超声协同装置，其特征在于：所述的阳极(3)采用沉淀硬化型不锈钢腐蚀挂片，通过正极试样夹悬吊在铁架台(27)上。
3.根据权利要求1所述的适用于沉淀硬化不锈钢去氧化皮的电解超声协同装置，其特征在于：所述的阴极(4)采用铂金属片，通过负极试样夹悬吊在铁架台(27)上，阴极(4)与阳极(3)之间的距离为5cm且两者面积大致相等。
4.根据权利要求1所述的适用于沉淀硬化不锈钢去氧化皮的电解超声协同装置，其特征在于：所述的压电式换能器(6)在保温夹套层(26)中对称排列，并且压电式换能器(6)与电解槽(2)外壁之间通过振子胶粘接。
5.根据权利要求1所述的适用于沉淀硬化不锈钢去氧化皮的电解超声协同装置，其特征在于：所述的压电式换能器(6)的输出功率为20-40kHz。
6.根据权利要求1所述的适用于沉淀硬化不锈钢去氧化皮的电解超声协同装置，其特征在于：所述的温度控制仪(13)的控制温度范围为35-45℃。
7.根据权利要求1所述的适用于沉淀硬化不锈钢去氧化皮的电解超声协同装置，其特征在于：所述的磁力搅拌子(9)采用耐强酸腐蚀的胶囊状特氟龙材料制成。
8.根据权利要求1所述的适用于沉淀硬化不锈钢去氧化皮的电解超声协同装置，其特征在于：所述的保温夹套层(26)采用硅酸铝保温材料制成。
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