CN206956208U - 一种金属局部电解抛光装置 - Google Patents
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Abstract
一种金属局部电解抛光装置，属于实验设备领域。在不切割大体积试样的前提下，对需要测试的部分平面或者曲面进行局部的电解抛光。包含阴极电解抛光装置、稳压直流电源、导线、待抛试样。阴极电解抛光装置由导电芯固定外壳、抛光液容器、顶盖、塑料紧固螺丝、导电芯组成；导电芯固定外壳顶部设有顶盖，上部为用于固定不锈钢或石墨导电芯的圆柱状手持装置，下部与抛光液容器相连，导电芯固定外壳内部通过塑料紧固螺丝固定导电芯。本实用新型在室温条件下，对大体积的金属试样表面进行简单的磨光，设置合适稳定的电压，采用该装置即可获取光亮的局部抛光面，可以有效的去除加工引入的表面残余应力层，提高残余应力测量的精确度。
Description
技术领域
本实用新型属于实验设备领域，涉及抛光装置，主要是涉及到一种金属局部区域抛光的装置。
背景技术
电解抛光的技术基本原理是电化学抛光系统在通以一定的抛光电压和电流密度后，阳极工件表面会产生电阻率高的粘性薄膜，在工件表面的不同位置处的薄膜厚度是不尽相同的：表面微观上凸处的地方膜层较薄，电阻较小而电流密度较大，阳极工件溶解速率大；相反，表面微观下凹处的薄膜分布较厚，电阻较大而使阳极工件的溶解速率小于表面上凸处。正是由于这层粘性薄膜厚度及电流密度大小的不一致，使工件表面微观凸处溶解速率大于凹处的溶解速率，并随着工作时间的延长，金属表面粗糙度下降光亮度提高而实现了抛光。
在使用X射线衍射方法测量残余应力的过程中，试样的表面状态对测量结果有较大大的影响，但大试样的表面处理是非常有难度的，砂纸的打磨或者机械的抛光都会不同程度的引入残余应力，影响测量结果。用电解抛光的方法进行表面处理，不受机械力的影响，不会产生附加应力，且表面腐蚀均匀，可消除因机械加工在试件表面产生的应力，从而提高测试的准确性，是一种理想的表面处理方法。
一般的电解抛光只适用于尺寸较小的工件，需要将待抛光的表面浸没在抛光液中。而大尺寸工件难以实现将待抛光面完全浸没，获得完全光亮的表面有难度。所以对于大尺寸的工件，去除表面应力层，使用XRD测量残余应力，需要采用特殊的装置进行电解抛光。
发明内容
本实用新型的目的是为了解决现有技术存在的问题，在不破坏大尺寸金属试样的前提下，采用3D打印的抛光装置，设置适当工艺参数，即可获得良好的平面或者曲面的局部表面状态，符合XRD测试表面残余应力去除加工过程中引入的要求。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种金属局部电解抛光装置，包含阴极电解抛光装置、稳压直流电源、导线、待抛试样组成，其特征在于阴极电解抛光装置由导电芯固定外壳、抛光液容器、顶盖、塑料紧固螺丝、导电芯组成。导电芯固定外壳顶部设有顶盖，上部为用于固定不锈钢或石墨导电芯的圆柱状手持装置，下部与抛光液容器相连，导电芯固定外壳内部通过塑料紧固螺丝固定导电芯。不同的阴极外壳与导电芯的组合可以用于抛光不同材质及形状的试样。
进一步的，所述导电芯固定外壳制备工艺采用先进的3D打印增材制造技术，材质选用耐腐蚀的塑料。
进一步的，所述导电芯固定外壳下部连接的抛光液容器；考虑到抛光时间以及抛光时电解液流速的问题，将下部的抛光液容器设计为鼓肚形状，抛光液容器上方有细嘴用于补充抛光液，阴极外壳的出口处经过机械抛光处理，其出口的直径为8mm。
进一步的，抛光液容器分为六和七两种，抛光液容器六可抛光大块试样局部平面；抛光液容器七出口处弧面的半径为30mm，可抛光弧面半径为20-30mm的弧面。
进一步的，导电芯采用耐腐蚀的不锈钢或石墨棒，外形设计便于装卸。
进一步的，不锈钢导电芯直接加工成所需的外形，该外形为多层台阶状圆柱，石墨棒导电芯另需加持附件，该加持附件采用耐蚀塑料，3D打印成型。(不同材质导电芯需要采用不同的顶盖，一般来讲，不锈钢导电芯容易加工，顶盖入口较细，石墨棒外购居多，不易加工，顶盖入口较粗)。
进一步的，导电芯下端距阴极外壳出口处7—9mm，也就是极间距，导电芯下端装有小于1mm厚的海绵。
进一步的，局部电解抛光对于抛光面积有一定的限制，采用绝缘胶带密封被抛试样周边，保证单次局部抛光面积要小于40mm2。
抛光时将导电芯装入导电芯固定外壳，用紧固螺丝固定并合上顶盖，在导电芯下端固定上海绵，放入抛光液容器中，倒入电解抛光液即可进行电解抛光。
本实用新型主要特征及优势有：在室温条件下，对大体积的金属试样表面进行简单的磨光，设置合适稳定的电压，采用该装置即可获取光亮的局部抛光面。本实用新型可以有效的去除加工引入的表面残余应力层，提高残余应力测量的精确度。
附图说明
图1为本实用新型局部电解抛光装置的结构示意图。
图2为阴极电解抛光装置及抛光液容器示意图。
图3为局部电解抛光装置的阴极装置导电芯及其附件示意图。
以下给出图1和图2、图3中主要部件的标记：
1-阴极电解抛光装置，2-稳压直流电源，3-导线，4-待抛试样，5-导电芯固定外壳，6-抛光平面的电解液容器六，7-抛光弧面的电解液容器七，8-顶盖，9-塑料紧固螺丝，10-分级台阶状不锈钢导电芯，11-石墨棒，12-石墨棒加持附件，13-海绵。
图4a为钛合金平面抛光前表面形貌图，图4b为钛合金平面抛光后表面形貌图。
图5a为钛合金曲面抛光前表面形貌图，图5b为钛合金曲面抛光后表面形貌图。
图6a为不锈钢平面抛光前表面形貌图，图6b为不锈钢平面抛光后表面形貌图。
具体实施方式
抛光工艺包括砂纸打磨—酒精擦拭吹干—绝缘胶带密封—电解抛光—清水冲洗—酒精擦拭吹干。其中绝缘胶带密封保证单次局部抛光面积要小于40mm2。
实施例1
以钛合金的局部平面电解抛光为实施例进行说明，样品尺寸为40*26*24mm。
步骤一：首先将试样需要抛光的位置表面采用砂纸或者电动磨轮进行打磨，获得划痕一致质量较好的表面。本实例依次采用400#、600#、800#、1000#砂纸打磨，获得了质量较好的初始表面。
步骤二：将待处理的试样用绝缘胶带进行密封，只暴露出需抛光的位置和连接电极的位置，局部抛光面积约为30mm2。然后调节直流电源电压至90V-100V之间，再将钛合金试样接到电源的正极，不锈钢阴极装置连接到电源的负极。
步骤三：抛光液容器中倒入A3电解液，开始计时，并将阴极装置移动到需抛光的位置，稍微抬起，让电解液缓缓流出。保持电流在100mA左右，抛光时间为40s-50s。
步骤四：抛光完成后及时用清水冲洗干净，去除电解液，获得了光亮的局部平面。
电解抛光结果如图4所示，电解抛光前的表面粗糙度为0.065，抛光后的表面粗糙度为0.009。
实施例2
以钛合金的局部弧面电解抛光为实施例进行说明，样品直径为30mm，长60mm。
步骤一：首先将试样需要抛光的位置表面采用砂纸或者电动磨轮进行打磨，获得划痕一致质量较好的表面。本实例依次采用400#、600#、800#、1000#砂纸打磨，获得了质量较好的初始表面。
步骤二：将待处理的试样用绝缘胶带进行密封，只暴露出需抛光的位置和连接电极的位置，局部抛光面积约为30mm2。然后调节直流电源电压至90V左右，再将圆柱试样接到电源的正极，不锈钢阴极装置连接到电源的负极。
步骤三：圆柱状试样选用底端有弧度的电解液容器进行抛光。然后倒入A3电解液，开始计时，并将阴极装置移动到需抛光的位置，稍微抬起，让电解液缓缓流出。保持电流在50-100mA左右，抛光时间为40s-50s即可。
步骤四：抛光完成后及时用清水冲洗干净，去除电解液，获得了光亮的局部表面。
电解抛光结果如图5所示，电解抛光前的表面粗糙度为0.133，抛光后的表面粗糙度为0.06。
实施例3
以不锈钢的局部电解抛光为实施例进行说明，样品尺寸为40*25*20mm。
步骤一：首先将试样需要抛光的位置表面采用砂纸或者电动磨轮进行打磨，获得划痕一致质量较好的表面。本实例依次采用400#、600#、800#、1000#砂纸打磨，获得了质量较好的初始表面。
步骤二：将待处理的试样用绝缘胶带进行密封，只暴露出需抛光的位置和连接电极的位置，局部抛光面积约为30mm2。然后调节直流电源电压至50V-60V之间，再将不锈钢试样接到电源的正极，石墨阴极装置连接到电源的负极。
步骤三：抛光液容器中倒入80％无水乙醇+20％高氯酸电解液，开始计时，并将阴极装置移动到需抛光的位置，稍微抬起，让电解液缓缓流出。保持电流在30mA—50mA，抛光时间为40s-60s。
步骤四：抛光完成后及时用清水冲洗干净，去除电解液，获得了光亮的局部平面。
电解抛光结果如图6所示，抛光前的表面粗糙度为0.038，抛光后的表面粗糙度为0.002。
本实用新型的抛光装置简单，具有很强的通用性及可行性，对于不同材料选择适合的抛光工艺参数，解决了实验中不破坏大体积试样而获得局部光亮表面的问题。
Claims (7)
1.一种金属局部电解抛光装置，包含阴极电解抛光装置、稳压直流电源、导线、待抛试样，其特征在于阴极电解抛光装置由导电芯固定外壳、抛光液容器、顶盖、塑料紧固螺丝、导电芯组成；导电芯固定外壳顶部设有顶盖，上部为用于固定不锈钢或石墨导电芯的圆柱状手持装置，下部与抛光液容器相连，导电芯固定外壳内部通过塑料紧固螺丝固定导电芯。
2.根据权利要求1所述的金属局部电解抛光装置，其特征在于，所述导电芯固定外壳材质选用耐腐蚀的塑料。
3.根据权利要求1所述的金属局部电解抛光装置，其特征在于，所述的下部的抛光液容器设计为鼓肚形状，抛光液容器上方有细嘴用于补充抛光液，阴极外壳的出口处经过机械抛光处理，出口的直径为8mm。
4.根据权利要求1所述的金属局部电解抛光装置，其特征在于，抛光液容器分为抛光液容器六和抛光液容器七两种，抛光液容器七出口处弧面的半径为30mm。
5.根据权利要求1所述的金属局部电解抛光装置，其特征在于，导电芯采用耐腐蚀的不锈钢或石墨棒。
6.根据权利要求1或5所述的金属局部电解抛光装置，其特征在于，不锈钢导电芯外形为多层台阶状圆柱，石墨棒导电芯另需加持附件，加持附件采用耐蚀塑料，3D打印成型。
7.根据权利要求1所述的金属局部电解抛光装置，其特征在于，导电芯下端距外壳出口处7—9mm，也就是极间距，导电芯下端装有小于1mm厚的海绵，导电芯通过塑料螺丝固定。
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