专利名称：简易电镀/电沉积装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于电镀/电沉积领域的简易电镀/电沉积装置，属于电化学领域。
背景技术：
电镀/电沉积这一电化学技术被广泛应用于现代社会的各行各业。它的一个重要应用就是金属防蚀。随着工业化进程的加快，金属材料被大规模地使用，金属与它所处的环境介质之间发生化学、电化学或物理作用，引起金属的变质和变坏，称为金属腐蚀。金属腐蚀问题遍及国民经济和国防建设的各个部门，每年都有大量的金属构件和设备因腐蚀而报废。 据报道，目前我国每年约有30%钢铁因腐蚀而报废，其中约10%因变成铁锈而彻底报废， 每年因此而损失的钢材近1000万吨，相当于一个宝钢全年的产量。除了腐蚀造成的直接损失，金属腐蚀造成的间接损失往往更为严重，例如污染产品、倒塌、爆炸等造成的生命财产损失更是不可计数。据国外统计，金属腐蚀的年损失远远超过水灾、火灾、风灾和地震(平均值)损失的总和。因此，金属腐蚀引起了人们的极大关注。研究表明，对金属表面进行电化学钝化或者修饰，覆盖上金属或非金属等各种保护层，把被保护金属与腐蚀性介质隔开， 是防止金属腐蚀的有效方法。这一过程通常要经过电镀/电沉积过程来实现。这一技术的最大优点是反应过程可控、镀层均勻并且附着牢固，得到的合金镀层具有良好的物理性质、 优异的抗蚀性、磁性、可焊性以及可进行热处理。它不仅通过生成保护层从物理上直接阻断腐蚀，还可以在金属表面构造出与水的接触角大于150°、滚动角小于10°的超疏水性表面减少与环境的接触面积，进而降低腐蚀水平。电镀/电沉积的另一个重要应用是进行装饰性电镀。装饰性电镀是赋予外观美感的电镀方法，例如塑料电镀、仿金电镀，由于它们成本低，又具有良好的美化效果，目前已经渗透到工艺品制作、五金生产和汽车制造等行业。随着人们生活水平的不断提高，对装饰品的要求也越来越高，装饰性电镀有广泛的应用前景。现有的小型电镀/电沉积装置大多数是基于电解池设计而成，它有很多缺点。它不仅需要大体积的反应溶液，装置结构复杂、不易操作，电极固定不牢固，打磨、灼烧、清洗困难，电极面积不易控制，而且很多过程中涉及的都是二电极体系，这很不利于精确研究电镀/电沉积过程中电流、电压等电信号与镀层物理特征之间的动态对应关系，也不利于精
细生产。
发明内容
针对目前电镀/电沉积装置所存在的问题，本发明提供一种稳定而有效的简易电镀/ 电沉积装置。该装置是一种基于电化学原理设计而成，可固定钼片、钢板等平板电极分别作为工作电极和辅助电极，再与参比电极构成三电极体系的一种结构紧凑、效果良好的装置， 可应用于电镀、电沉积等材料表面加工技术和相关的理论研究。本发明技术方案如下
一种简易电镀/电沉积实验装置，包括固定基架、电极固定装置、导线等；其中，所述的固定基架由塑料圆管以及套在上面的不锈钢喉箍和塑料滚轮构成；不锈钢喉箍、塑料滚轮与塑料圆管之间是防水胶带层，防水胶带层将铺设在塑料圆管外圆周上的凹槽中的两条导线固定；电极固定装置由通过不锈钢喉箍固定在凹槽中的两个不锈钢夹组成，这两个不锈钢夹对称且保持竖直，以保证其所固定的平板电极保持平行；塑料圆管顶部设有盐桥，盐桥与参比电极连接，盐桥经塑料圆管内部的盐桥通道伸入底部溶液中，使得参比电极与另外两电极构成三电极体系；电极固定装置和固定基架的下半部分设置于烧杯中，烧杯充当反应池，同时支撑整个装置；导线通过引出的金属片与电化学工作站的外界电源相连，构成回路。所述的塑料圆管外圆周上有对称分布的两组凹槽，并且圆管长度略短于盐桥上含有鲁金毛细管的一端。所述的两不锈钢夹对称、竖直固定，基本能保证其所夹持的两平板电极保持平行且接近，含有鲁金毛细管的盐桥一端伸到两电极之间，端口指向工作电极。所述的两不锈钢夹与导线焊接处先包上防水胶带，再用不锈钢喉箍固定，不锈钢喉箍周围包裹有橡胶管，以防造成短路和受到腐蚀。所述的塑料构件均为聚四氟乙烯材质，耐化学腐蚀。所述的塑料滚轮外径为55mm，内径为27mm。所述的烧杯为最大标注刻度为80mL，实际体积是IOOmL的烧杯，使得与塑料滚轮密切接触，创造密闭环境，并使装置保持竖直。所述的盐桥通道顶端装有去底5mL离心管，它带有盖子，装置闲置时按下，以防外界污物进入盐桥通道。所述金属片与外界电源连接处有塑料保护套，以稳定连接并防止溶液腐蚀。所述两不锈钢夹上沿至塑料圆管上端部分均缠有防水胶带，以固定导线，并套牢塑料滚轮。可通过上下移动上端的不锈钢喉箍改变塑料滚轮在塑料圆管上的位置，从而改变伸入溶液中电极的面积。本发明的工作电极与辅助电极对称固定，参比电极(如饱和甘汞电极)与本装置通过盐桥连接，盐桥从塑料圆管内部的中间通道插入，鲁金毛细管正对工作电极，再与电化学工作站等外界电源连接，从而构成三电极回路体系。本装置与IOOmL玻璃烧杯搭配使用， 不仅节省溶液(一般仅需20mL)，还有很好的密封效果。实验时，先向烧杯中倒入适量的溶液，根据实验需要决定是否采用曝气除氧。将平板电极分别固定在对称分布的两个不锈钢夹上，然后将装置放到烧杯上，塑料滚轮下沿与烧杯端口紧密相接，这样可以起到一定的密封作用。根据研究目标确定阴阳极，并与参比电极(如饱和甘汞电极)一起连接到电化学工作站等外界电源上。连接本装置时，要用电化学工作站等外界电源引出线自带的夹子夹紧金属片，然后将它们包到塑料保护套中，以免与实验台上的液体接触，腐蚀夹子和金属片，影响实验的正常进行，同时还可以保证稳定连接。打开离心管上部的盖子，将盐桥上具有鲁金毛细管的一端经由塑料圆管内部的盐桥通道伸入溶液中，并将毛细管端口对向工作电极，盐桥再与饱和甘汞电极等参比电极相连，这样就构成了三电极体系。通过电化学工作站等外界电源设置合适的参数，运行实验，完成电镀/电沉积过程。实验结束之后，断开线路连接，将装置从烧杯上托起，并将电极从不锈钢夹子上取下，按下离心管上部的盖子，避免环境中的污物进入盐桥通道，将导线连同塑料保护套、金属片缠绕到塑料滚轮的中间部分。把烧杯中的溶液回收或倒掉，洗刷干净，以待下次实验之用。在反应中的实际电极面积可以通过以下两方面来调节。一是通过不锈钢夹夹持电极的程度调节，二是通过塑料滚轮上方的不锈钢喉箍调节。此处的不锈钢喉箍不仅起到固定缠绕导线的防水胶带层的作用，而且能够保持塑料滚轮的上下位置。可以通过移动不锈钢喉箍的位置，来改变塑料滚轮在塑料圆管上的高度，从而改变本装置下端伸入烧杯中的长度，最终改变浸入溶液电极的面积。本装置设计紧凑，结构稳定，易操作，可固定电极种类多样，容易拆卸，方便打磨和清洗，电极面积可控，所需溶液体积小，适用于实验研究、小规模精细化工生产或者工艺品制作等领域，市场前景广阔。
图1是本发明简易电镀/电沉积装置主视图； 图2是图1的俯视图； 图3是图1的仰视图。其中1.烧杯，2.不锈钢夹，3.不锈钢喉箍，4.塑料滚轮，5.离心管，6.盐桥通道，
7.塑料圆管，8.防水胶带层，9.导线，10.塑料保护套，11.金属片，12.橡胶管， 13.凹
具体实施例方式下面结合附图对本装置的制作过程和使用方法作进一步的阐述，但本发明的保护范围不限于此。制作过程
1.取一段长为90cm塑料圆管7 (Dd4*6)，它的管壁外圆周上有四个凹槽13，并且两两对称分布，顶端为圆饼形凸起。2.用钢锯将一 5mL塑料离心管圆形底部去掉，再用圆锉对截面进行打磨，将其塞入塑料圆管7上部，使离心管管口与塑料圆管7上端基本持平。3.取两段各为30cm的铜丝导线9，它们一端分别与一金属片11焊接在一起，并套上塑料保护套10，另一端再分别与不锈钢夹2焊接，并用防水胶带缠紧连接处。4.将两个已连接好导线的不锈钢夹2竖直、对称地放在塑料圆管7外圆周上的两凹槽13里，连接导线的一侧与凹槽壁贴紧，并沿凹槽13铺设上导线。先用防水胶带将不锈钢夹2上部导线缠绕固定在塑料圆管7上，再用套有橡胶管12的不锈钢喉箍3固定两不锈钢夹2。5.将塑料滚轮4套在防水胶带层8上，防水胶带层8的厚度要适中，要恰好能套牢滚轮4。在塑料滚轮4上沿再加一个不锈钢喉箍3。使用方法
技术领域：
本发明需与100 mL玻璃烧杯1搭配使用。实验时，先向烧杯1中倒入适量的溶液，根据实验需要决定是否采用曝气除氧。将平板电极分别固定在对称分布的两个不锈钢夹上2，然后将装置放到烧杯1上，塑料滚轮4下沿与烧杯1端口紧密相接，这样可以起到一定的密封作用。根据研究目标确定阴阳极，并与参比电极(如饱和甘汞电极)一起连接到电化学工作站等外界电源上。连接本装置时，要用电化学工作站等外界电源引出线自带的夹子夹紧金属片11，然后将它们包到塑料保护套中，以免与实验台上的液体接触，腐蚀夹子和金属片， 影响实验的正常进行，同时还可以保证稳定连接。再打开离心管5上部的盖子，将盐桥上具有鲁金毛细管的一端经由塑料圆管7内部的盐桥通道6伸入溶液中，并将毛细管端口对向工作电极，盐桥再与饱和甘汞电极等参比电极相连，这样就构成了三电极体系。通过电化学工作站等外界电源设置合适的参数，运行实验，完成电镀/电沉积过程。实验结束之后，断开线路连接，将装置从烧杯上托起，并将电极从不锈钢夹子2上取下，按下离心管5上部的盖子，避免环境中的污物进入盐桥通道6，将导线9连同塑料保护套10、金属片11缠绕到塑料滚轮4的中间部分。把烧杯中的溶液回收或倒掉，洗刷干净，以待下次实验之用。
在反应中的实际电极面积可以通过以下两方面来调节。一是通过不锈钢夹2夹持电极的程度调节，二是通过塑料滚轮4上方的不锈钢喉箍3调节。此处的不锈钢喉箍3不仅起到固定缠绕导线的防水胶带层8的作用，而且能够保持塑料滚轮4的上下位置。可以通过移动不锈钢喉箍3的位置，来改变塑料滚轮4在塑料圆管7上的高度，从而改变本装置下端伸入烧杯中的长度，最终改变浸入溶液电极的面积。
权利要求
1.一种简易电镀/电沉积实验装置，其特征在于，包括固定基架、电极固定装置、导线； 其中，所述的固定基架由塑料圆管以及套在上面的不锈钢喉箍和塑料滚轮构成；不锈钢喉箍、塑料滚轮与塑料圆管之间是防水胶带层，防水胶带层将铺设在塑料圆管外圆周上的凹槽中的两条导线固定；电极固定装置由通过不锈钢喉箍固定在凹槽中的两个不锈钢夹组成，这两个不锈钢夹对称且保持竖直，以保证其所固定的两平板电极保持平行；塑料圆管顶部设有盐桥，盐桥与参比电极连接，盐桥经塑料圆管内部的盐桥通道伸入底部溶液中，使得参比电极与另外两电极构成三电极体系；电极固定装置和固定基架的下半部分设置于烧杯中，烧杯充当反应池，同时支撑整个装置；导线通过引出的金属片与电化学工作站的外界电源相连，构成回路。
2.如权利要求1简易电镀/电沉积实验装置，其特征在于，所述的塑料圆管外圆周上有对称分布的两组凹槽，并且圆管长度短于盐桥上含有鲁金毛细管的一端。
3.如权利要求2简易电镀/电沉积实验装置，其特征在于，所述的两不锈钢夹对称、竖直固定，保证其所夹持的两平板电极保持平行且接近，含有鲁金毛细管的盐桥一端伸到两平板电极之间，端口指向工作电极。
4.如权利要求1简易电镀/电沉积实验装置，其特征在于，所述的两不锈钢夹与导线焊接处先包上防水胶带，再用不锈钢喉箍固定，不锈钢喉箍周围包裹有橡胶管，以防造成短路和受到腐蚀；所述两不锈钢夹上沿至塑料圆管上端部分均缠有防水胶带，以固定导线，并套牢塑料滚轮。
5.如权利要求1简易电镀/电沉积实验装置，其特征在于，所述的塑料圆管和塑料滚轮均为聚四氟乙烯材质，耐化学腐蚀。
6.如权利要求1简易电镀/电沉积实验装置，其特征在于，所述的塑料滚轮外径为 55mm，内径为 27mm0
7.如权利要求1简易电镀/电沉积实验装置，其特征在于，所述的烧杯为最大标注刻度为80mL，实际体积是IOOmL的烧杯，使得与塑料滚轮密切接触，创造密闭环境，并使装置保持竖直。
8.如权利要求1简易电镀/电沉积实验装置，其特征在于，所述的盐桥通道顶端装有去底5mL离心管，它带有盖子，装置闲置时按下，以防外界污物进入盐桥通道。
9.如权利要求1简易电镀/电沉积实验装置，其特征在于，所述金属片与外界电源连接处有塑料保护套，稳定连接并防止溶液腐蚀。
10.如权利要求1简易电镀/电沉积实验装置，其特征在于，所述位于上端的不锈钢喉箍能上下移动以改变塑料滚轮在塑料圆管上的位置，从而改变伸入溶液中电极的面积。
全文摘要
本发明涉及一种简易电镀/电沉积装置，包括固定基架、电极固定装置；固定基架由塑料圆管以及套在上面的不锈钢喉箍和塑料滚轮构成；不锈钢喉箍、塑料滚轮与塑料圆管之间是防水胶带层，防水胶带层将铺设在塑料圆管外圆周上的凹槽中的导线固定；电极固定装置由通过不锈钢喉箍固定在凹槽中的两个不锈钢夹组成，这两个不锈钢夹对称且保持竖直，保证其所固定的两平板电极保持平行；塑料圆管顶部设有盐桥，盐桥与参比电极连接，盐桥经塑料圆管内部的盐桥通道伸入底部溶液，使参比电极与另外两电极构成三电极体系；烧杯充当反应池，同时支撑整个装置；导线通过引出的金属片与电化学工作站的外界电源相连，构成回路。本装置结构合理，布局规范，解决了电极固定不稳，拆卸、打磨、清洗困难，电极面积不易控制等问题。
文档编号C25D17/00GK102400200SQ20111041625
公开日2012年4月4日 申请日期2011年12月13日 优先权日2011年12月13日
发明者刘贤伟, 孙雪菲, 张国辉, 王曙光, 高明明, 齐进 申请人:山东大学