CN111455446B - 一种用于金属圆柱形试样表面的电解抛光的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于金属电解抛光装置技术领域，公开了一种用于金属圆柱形试样表面的电解抛光的方法及系统，工作台上方设有整流器和冷却槽，冷却槽设在整流器一侧，冷却槽中放置有圆桶形电解槽；圆桶形电解槽内放置有圆环形的阴极，圆环形阴极通过导线和整流器连接，圆柱形试样上端通过金属夹子和导线与整流器连接，然后置于圆桶形电解槽中心位置；电解槽中利用温度计，实时监测电解液温度；通过冷却槽中添加适量的冰盐水或液氮，调节电解液温度。本发明解决了传统电解抛光系统只能电解抛光平面试样，而不能电解抛光圆柱形试样的缺点，从而为圆柱形试样表面的电解抛光提供了有效解决途径。

Description

一种用于金属圆柱形试样表面的电解抛光的方法及系统
技术领域
本发明属于金属电解抛光装置技术领域，尤其涉及一种用于金属圆柱形试样表面的电解抛光的方法及系统。
背景技术
目前，最接近的现有技术：电化学抛光又称电解抛光，是指在一定的外加电压下，将直流电通过电解池使金属工件在电解液中发生阳极溶解，从而整平金属表面平滑并使之产生光泽的加工过程。但是传统电解抛光系统具有只能电解抛光平面试样，而不能电解抛光圆柱形试样的缺点。原因有以下几点：首先，传统电解抛光的装置结构导致被抛光试样表面形状受限。基于电解抛光的腐蚀原理，阴极板与待抛光试样间构建一个微电化学循环，试样作为阳极，表面被逐渐均匀腐蚀溶解，腐蚀速率与试样表面和阴极板间的距离成正比例。因此，腐蚀均匀性也和试样表面与阴极板间各点距离是否相等相关。传统电解抛光装置中阴极板均是一平板，使得被抛光试样表面形状受限，只能是一个平面。因为如果是待抛光样为圆柱形，则与平板阴极对应平行的只能是一条线，这条线的两侧相邻部位平行线与平板阴极的距离逐渐增加，直至背侧部位完全背靠阴极板。抛光过程，圆柱试样表面与平板阴极对应平行的一条线距离最短，腐蚀速率最快，这条平行线两侧的部位，随着与平板阴极距离越远，腐蚀速率越小，其背侧腐蚀速率为零。综上所述，现有技术存在的问题是：传统电解抛光系统只能电解抛光平面试样，而不能电解抛光圆柱形试样。
解决上述技术问题的难度：了解了以上原理，解决圆柱形试样表面抛光的难度显而易见。如果不解决阴极板的形状结构，而且如果不采用本专利的环状阴极板，则几乎永远不能对圆柱形试样整个圆周表面各部位进行同时电解抛光。
解决上述技术问题的意义：解决金属圆柱形试样表面电解抛光的问题，可为金属圆柱试样力学性能、疲劳测试、腐蚀等过程原位或伪原位同步观察圆柱试样整体表面微观组织特征变化、裂纹萌生及扩展情况，以及对金属材料的组织性能关系研究提供试样制备的技术支撑。
随着科学的发展，原位观测技术的进步，对于圆柱形试样表面微观组织变化及裂纹萌生及裂纹扩展特征观察研究的需要，金相组织腐蚀前需要试样表面呈镜面状态，传统的平板型阴极板的电解抛光装置已无法满足这种需求。而且对于金属的力学性能尤其是疲劳对试样表面缺陷非常敏感，根据结构设计的需要，材料的疲劳测试所需的试样也多为圆柱形。原位观察试样疲劳裂纹从表面萌生及扩展的过程，对圆柱形试样表面进行抛光是原位观察的第一步，解决不了这第一步，后续的试验及观察则无法继续开展。由此，本发明装置为圆柱形试样表面抛光提供了一种简单有效的途径，为原位观察圆柱形疲劳表面裂纹的萌生与扩展提供了关键的试样制备技术支持。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于金属圆柱形试样表面的电解抛光的方法及系统。
本发明是这样实现的，一种用于金属圆柱形试样表面的电解抛光的方法，包括：
步骤一，工作台上方设有整流器和冷却槽，冷却槽设在整流器一侧，冷却槽中放置有圆桶形电解槽；
步骤二，圆桶形电解槽内放置有圆环形的阴极，圆环形阴极通过导线和整流器连接，圆柱形试样上端通过金属夹子和导线与整流器连接，然后置于圆桶形电解槽中心位置；
步骤三，电解槽中利用温度计，实时监测电解液温度；通过冷却槽中添加适量的冰盐水或液氮，调节电解液温度。
进一步，所述步骤二中，电解槽或圆形环阴极直径D＝金属圆棒直径d+30～50mm，电解槽深度H＝金属圆棒试样长度的1.5～3倍。
进一步，所述步骤三中，电解液为72％的高氯酸和99％的冰醋酸的按体积比1:9的比例混合，低电流低电压下低温电解，电解液最佳温度为-25±5℃。
本发明提供的另一目的在于提供一种用于金属圆柱形试样表面的电解抛光系统，所述用于金属圆柱形试样表面的电解抛光系统设置有工作台，工作台上方设有整流器和冷却槽，冷却槽设在整流器一侧；冷却槽中放置有圆桶形电解槽，圆桶形电解槽内放置有圆环形的阴极，圆环形阴极通过导线和整流器连接。
进一步，所述整流器通过金属夹子和导线与圆柱形试样连接，圆柱形试样置于圆桶形电解槽中心位置。
进一步，所述电解槽中安置有温度计，冷却槽中添加适量的冰盐水或液氮。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明解决了传统电解抛光系统只能电解抛光平面试样，不能电解抛光圆柱形试样的缺点，从而为圆柱形试样表面的电解抛光提供了有效解决途径。
附图说明
图1是本发明实施例提供的用于金属圆柱形试样表面的电解抛光方法流程图。
图2是本发明实施例提供的用于金属圆柱形试样表面的电解抛光系统结构示意图。
图中：1、工作台；2、整流器；3、冷却槽；4、圆桶形电解槽；5、圆环形阴极；6、导线；7、圆柱形试样；8、金属夹子；9、温度计。
图3是本发明实施例提供的圆柱漏斗形疲劳试样示意图。
图4是本发明实施例提供的疲劳试样表面裂纹及附近形态(电解抛光前，100倍金相照片拼接)示意图。
图5是本发明实施例提供的疲劳试样表面裂纹及附近形态(电解抛光后，100倍金相照片拼接)示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于金属圆柱形试样表面的电解抛光方法及系统，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的用于金属圆柱形试样表面的电解抛光方法，包括：
S101：工作台上方设有整流器和冷却槽，冷却槽设在整流器一侧，冷却槽中放置有圆桶形电解槽。
S102：圆桶形电解槽内放置有圆环形的阴极，圆环形阴极通过导线和整流器连接，圆柱形试样上端通过金属夹子和导线与整流器连接，然后置于圆桶形电解槽中心位置。
S103：电解槽中利用温度计，实时监测电解液温度；通过向冷却槽中添加适量的冰盐水或液氮，调节电解液温度。
本发明实施例提供的S102中，圆桶形电解槽或圆形环阴极直径D＝金属圆棒直径d+30～50mm，电解槽深度H＝金属圆棒试样长度的1.5～3倍。
本发明实施例提供的S103中，电解液为72％的高氯酸和99％的冰醋酸的按体积比1:9的比例混合，低电流低电压下低温电解，电解液最佳温度为-25±5℃。
如图2所示，本发明实施例提供的用于金属圆柱形试样表面的电解抛光系统设置有工作台1，工作台1上方设有整流器2和冷却槽3，冷却槽3设在整流器2一侧；冷却槽3中放置有圆桶形电解槽4，圆桶形电解槽内放置有圆环形的阴极5，圆环形阴极5通过导线6和整流器2连接。
圆柱形试样7上端通过金属夹子8和导线6与整流器2连接，圆柱形试样7置于圆桶形电解槽4中心位置。
电解槽中安置有温度计9，用以实时监测电解液温度；冷却槽2中添加适量的冰盐水，用以调节电解液温度。
本发明的工作原理为：工作台1上方设有整流器2和冷却槽3，冷却槽设在整流器2一侧，冷却槽中放置有圆桶形电解槽4，圆桶形电解槽内放置有圆环形的阴极5，圆环形阴极5通过导线6和整流器2连接，圆柱形试样7上端通过金属夹子8和导线6与整流器2连接，然后置于圆桶形电解槽4中心位置。电解槽中还安置有温度计9，用以实时监测电解液温度。冷却槽2中添加适量的冰盐水或液氮，用以调节电解液温度。
下面结合实验对本发明的技术效果作详细的描述。
通过本发明装置电解抛光前后钛合金试棒表面质量，如图3所示，圆柱漏斗形疲劳试样；如图4所示，疲劳试样表面裂纹及附近形态(电解抛光前，100倍金相照片拼接)；如图5所示，疲劳试样表面裂纹及附近形态(电解抛光后，100倍金相照片拼接)。
该圆柱形疲劳试样经电解抛光后，圆周表面质量非常好，表面的粗糙的砂纸打磨的划痕全部被整体抛光掉了，该电解抛光试样直接可以用于之后的金相腐蚀，然后用于圆周扩展裂纹附近高倍金相组织的观察。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于金属圆柱形试样表面的电解抛光的方法，其特征在于，所述用于金属圆柱形试样表面的电解抛光的方法包括以下步骤：
步骤一，工作台上方设有整流器和冷却槽，冷却槽设在整流器一侧，冷却槽中放置有圆桶形电解槽；
步骤二，圆桶形电解槽内放置有圆环形的阴极，圆环形阴极通过导线和整流器连接，圆柱形试样上端通过金属夹子和导线与整流器连接，然后置于圆桶形电解槽中心位置；所述步骤二中，电解槽或圆形环阴极直径D＝金属圆棒直径d+30～50mm，电解槽深度H＝金属圆棒试样长度的1.5～3倍；
步骤三，电解槽中利用温度计，实时监测电解液温度；通过冷却槽中添加适量的冰盐水或液氮，调节电解液温度；所述步骤三中，电解液为72％的高氯酸和99％的冰醋酸的按体积比1:9的比例混合，低电流低电压下低温电解，电解液最佳温度为-25±5℃。
2.一种实施如权利要求1所述的用于金属圆柱形试样表面的电解抛光的方法的用于金属圆柱形试样表面的电解抛光系统，其特征在于，所述用于金属圆柱形试样表面的电解抛光系统设置有：
工作台；
工作台上方设有整流器和冷却槽，冷却槽设在整流器一侧；冷却槽中放置有圆桶形电解槽，圆桶形电解槽内放置有圆环形的阴极，圆环形阴极通过导线和整流器连接。
3.如权利要求2所述的用于金属圆柱形试样表面的电解抛光系统，其特征在于，所述整流器通过金属夹子和导线与圆柱形试样连接，圆柱形试样置于圆桶形电解槽中心位置。
4.如权利要求2所述的用于金属圆柱形试样表面的电解抛光系统，其特征在于，所述电解槽中安置有温度计，冷却槽中添加适量的冰盐水或液氮。
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