专利名称：去除金属或金属复合材料线材的外层的装置、系统及方法
技术领域：
本发明一般涉及去除金属或金属复合材料线材的外层使其变细的装置及方法，具体涉及一种用电化学溶解技术来去除金属或金属复合材料线材的外层的装置及方法。
背景技术：
工业中，一般通过拉拔或旋锻工艺成型某一特定尺寸的金属或金属复合材料线材。在某些情况下，可能需要使拉拔或旋锻成型的线材中的某一批次或某一段的尺寸变小一些，有时所需减少的尺寸可能很小，比如，相对约I毫米的原尺寸减少约50微米。因此，有必要开发一种简单的装置和方法能以很小的成本从线材的外层去除少量材料以精确地减少其尺寸。
发明内容
本发明的一个实施例提供了一种以电化学法去除金属或金属复合材料线材的外层的装置。所述装置包括阴极元件，该阴极元件包括贯通该阴极元件的通道，该通道具有可让线材通过的开口，该阴极元件还包括与所述通道流体相通的电解液入口和电解液出口。所述装置还包括取间隔元件，该取间隔元件可使正从所述通道中通过的线材与该通道的内表面之间保持一定距离，形成电解液空间。本发明的另一个实施例提供了一种以电化学方法出去金属或金属复合材料线材的外层的方法，该方法包括使线材从形成于一个阴极元件内的通道中通过，同时使线材与该通道的内表面之间保持一定距离；在所述线材与所述通道内表面之间的间隙内通入电解液；向所述阴极元件和所述正从该阴极元件中通过的线材施加电压，而可通过所述电解液 在所述阴极元件和线材之间产生电流；以及电化学去除所述线材的外层。
通过结合附图对于本发明的实施例进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中图I为本发明一个实施例中一种用来去除金属或金属复合材料线材外层的装置的前视示意图。图2为图I所示装置的截面示意图，显示了该装置的内部结构。图3为本发明一个实施例中一种可自动化去除金属或金属复合材料线材外层的系统的不意图。图4为本发明一个实施例中一种可自动化去除金属或金属复合材料线材外层的系统的不意图。图5显示了一个实施例中一种去除金属或金属复合材料线材外层的方法的示意图。
具体实施例方式以下将对本发明的具体实施方式
进行详细描述。为了避免过多不必要的细节，在以下内容中将不对习知的结构或功能进行详细的描述。本发明的一方面提供了以电化学方法去除金属或金属复合材料线材外层的，t匕如，为了使金属或金属复合材料变细而采用电化学方法去除金属或金属复合材料线材的外层的，装置或系统。如图I所示，一种以电化学方法去除金属或金属复合材料线材的外层的装置200包括阴极元件202，该阴极元件202可让线材204和新鲜电解液(未图示)从其中穿过。在一个实施例中，所述阴极元件202是一个金属单元，该金属单元连接到一个同时也连接于正穿过该金属单元的线材的电源时，可通过所述分别用作阳极和阴极的线材和金属单元之间的电解液在所述线材和金属单元之间产生电流。 如图2所示，所述阴极元件202包括贯通其中的通道206，该通道206包括可让线材(未图示)通过的开口 208。所述阴极元件202还包括与所述通道206流体相通的电解液入口 210及电解液出口 212和214。在图示的实施例中，所述通道206大体沿水平方向贯通所述阴极元件202,所述电解液入口 210开设于阴极元件202的上表面216并通过一个大体垂直的槽道218连通于所述通道206在其长度方向的中点的位置附近，所述电解液出口 212和214开设于阴极元件202的下表面220并通过大体垂直的槽道222和224分别连通于所述通道206在其长度方向的两端的位置附近。所述电解液入口 210可通过连接元件226连接到一个电解液源(未图示)。所述电解液出口 212和214可分别通过连接元件230和232连接到一个电解液排液装置(未图示)。所述连接元件可以包括，但不限于一个或多个接管、接头、螺母、螺栓、螺帽等。所述装置200进一步包括取间隔的元件(下文简称为“间隔元件”)236，用来使正从所述阴极元件202的通道206内穿过的线材与所述通道206的内表面238之间保持一定距离，以形成电解液空间。所述电解液空间是指在通道206内形成的、大致围绕所述正从阴极元件202的通道206穿过的线材的外表面的、用来容纳电化学法去除线材外层所需的电解液的空间。在图不的实施例中，所述间隔兀件236包括一对不导电的线材引导件240和242，该线材引导件240和242分别位于通道206的入口和出口附近，且其内分别开设有与所述开口 208相对的通孔，用来让线材从其中通过。所述线材引导件240和242可用不导电的弹性材料或可变形材料，如塑料等制成，从而使得其内通孔的尺寸可能根据正从其中通过的线材的尺寸变化进行一定调整；所述线材引导件240和242也可用其他不导电材料，如陶瓷等制成。在操作过程中，线材(未图示)从通道206的开口 208通过，并与通道206的内表面238保持一定距离，同时，电解液(未图示)从电解液入口 210被注入到所述线材和通道内表面238的之间的电解液空间。所述电解液流经电解液空间，流向所述电解液出口 212和214并从该出口流出所述阴极元件202。在所述阴极元件202和所述正从该阴极元件202内通过的线材之间施加一定电压时，可通过电解液在该线材和阴极元件202之间产生电流以实现通过电化学法去除线材外层的过程。所述用来让线材和/或电解液从其中通过的通道或槽道并不限于本文所举例描述的结构或形式，其可以是任何可让线材通过所述阴极元件202和/或让电解液通过围绕所述线材外表面的电解液空间，以实现线材的电化学法除外层的通道或槽道。比如，在一个实施例中，电解液入口和出口可分别设置于线材的入口和出口附近并通过所述线材通道连通。在使用中，还可在所述装置200的基础上进一步增设装置或元件来增加操作性。比如，可增设一个壳体来收容所述装置，以防止可能从所述阴极元件202泄漏出来的电解液弄脏壳体之外的空间。为了实现自动化连续操作，还可增设用来驱动所述线材通过所述装置的线材驱动装置和用来控制工艺参数的控制系统等。此外，还可增设装置和元件来对所述去除外层后的线材进行后续处理，比如用来对所述去除外层后的线材进行清洗、防氧化(防锈)处理和/或干燥的装置等。如图3所示，一种用来实现自动化去除金属或金属复合材料线材外层的系统400包括类似于所述装置200的用来以电化学法去除从其内通过的线材的外层的外层去除装置402、用来产生电化学法去除线材外层所需的电流的电源404、用来为所述外层去除装置402提供电解液的电解液源406、用来驱动线材通过所述外层去除装置402的线材驱动装置408、以及用来控制所述外层去除工艺的控制系统410。该系统400还包括后续处理系统412，用来对去除外层后的线材进一步进行后续处理。 如图4所示，在一个实施例中，一种用来自动去除金属或金属复合材料线材外层的系统包括外层去除装置602、电源604、电解液源606、线材驱动装置608、控制系统610、以及后续处理系统612。所述线材驱动装置608包括在所述外层去除装置602前端牵引线材的牵引装置616和在所述外层去除装置602后端给付并收紧线材的线材给付装置618。所述控制系统610包括用来在线材去除外层之前测量线材尺寸的第一测量装置620、用来在线材去除外层之后测量线材尺寸的第二测量装置622、以及用来根据所述第一、第二测量装置反馈的数据进行工艺参数控制的参数控制装置624。所述测量装置可以包括激光测量仪。所述后续处理系统612包括用来对去除外层后的线材进行清洗的清洗装置626、用来对所述清洗后的线材进行防氧化处理的防氧化处理装置628、以及用来对所述防氧化处理后的线材进行干燥的干燥装置630。在一个具体的实施例中，所述外层去除装置602、清洗装置626、防氧化处理装置628和干燥装置630分别装在一个箱体内，该箱体可用来收集不需要的液体，比如从各装置中漏出的液体，并防止该液体弄脏箱体外部的空间，所述每个箱体分别开设有可让线材通过的相应开口。在一个具体的实施例中，所述分别装有外层去除装置602、清洗装置626、防氧化处理装置628、干燥装置630的箱体还可一起安置在一个公共外壳636内。在一个具体的实施例中,所述多个箱体及其内的装置以一定方式排布,使得线材可大体沿直线方向依次从其中通过。在一些实施例中，线材可在牵引装置616的牵引下依次通过外层去除装置602、清洗装置626、防氧化处理装置628和干燥装置630。所述第一测量装置620可用来在线材进入所述装有外层去除装置602的箱体之前测量线材的尺寸，所述第二测量装置622可用来在线材从所述装有干燥装置630的箱体中出来后测量线材的尺寸，测量后获得的线材尺寸的变化可反馈到参数控制装置624用来控制外层去除装置602中所进行的线材外层去除工艺过程。其中，该过程的一个或多个工艺参数，包括但不限于线材与通道内表面之间的距离、所施加的电压、线材速度、电解液的成分及流动速度都可根据线材尺寸的变化进行调节。本发明的另一方面提供了一种以电化学溶解的方法去除金属或金属复合材料线材外层的，比如，为了使金属或金属复合材料线材变细而采用电化学方法去除线材外层的方法。比如，如图5所示的实施例提供了一种去除金属或金属复合材料线材外层的方法800。在所述方法800的第一步802中，通过电化学方法来去除金属或金属复合材料线材的外层。在一个实施例中，所述步骤802包括使线材从一个阴极元件内形成的通道通过，同时使其与通道的内表面保持一定距离；在线材和通道的内表面之间的通入一定电解液；对所述阴极元件和所述作为阳极元件的线材施加一定的电压，通过电解液在阴极和阳极之间产生电流；以电化学方式去除线材外层。
比如，在一个实施例中，线材可以0到12cm/s的速度通过所述阴极元件，同时与通道内表面保持一定距离。也就是说，线材可以基本静止或者以12cm/s左右或更小的速度通过所述阴极元件，其中，更适宜的，是以I到12cm/s的速度通过所述阴极元件。在一个实施例中，线材与通道内表面之间的距离可以为Imm左右或者更小。所述阴极元件和从阴极元件中通过的线材之间的电解液可以是基本静止的，也可以是一定速度流动的。在一个实施例中，电解液的流速可在0到12cm/s之间。也就是说，电解液可基本保持静止或者以12cm/s左右或更小的速度通过线材和通道内表面之间的空隙，其中，更适宜的，是以I到12cm/s的速度通过该空隙。在一个实施例中，对所述阴极元件和线材施加的电压在0. 001到20伏之间，其中，更适宜的，是在0. 001到5伏之间。本文描述的去除线材外层的装置、系统或方法可适用于任何合适的金属或金属复合材料线材，而对线材具体成分、形状和/或尺寸没有限制。比如，本文所述的装置、系统或方法可用于处理圆形横截面的线材或非圆形(椭圆形、方形、矩形或八边形等)横截面的线材，也可用于处理实心或空心的线材。又比如，所述装置、系统或方法可用于处理直径或当量直径达I米，其中，更适宜的，直径或当量直径达0. 5米的线材。其中，当量直径是指具有非圆形横截面的线材的横截面的外接圆的直径。针对不同类型的线材可采用不同的电解液。合适的电解液类型可包括，但不限于盐基电解液、酸性电解液和碱性电解液。通常会对所述去除外层后的线材进行一定的额外处理。比如，在所述方法的第二步804中，可对所述电化学法去除外层后的线材进行清洗，在所述方法的第三步806中，可对所述清洗后的线材进行防氧化处理，在所述方法的第四步808中，可对所述防氧化处理后的线材进行干燥。实例外径为I. 13毫米的铜线材以2cm/s左右的速度通过形成于铜单元内的通道，同时与该通道的内表面保持I毫米左右的距离，并向该线材与通道内表面之间的间隙内以12cm/s左右的速度通入10wt%硝酸钠(NaN03)的去离子水溶液形成的电解液，在分别用作阴极和阳极的铜单元和铜线材之间施加4伏左右的电压，通过电解液在该铜单元和线材之间的产生电流，实现电化学法去除该线材外层的过程。所述线材从所述单元中出来后进入清洗装置，在130°C左右用弱酸性的铜清洗液进行清洗，清洗后的线材进入装有硫基防氧化处理液的并设置于95°C左右的防氧化处理装置中进行防氧化处理，以保护线材防止其氧化，再对防氧化处理后的线材进行干燥，干燥后测得线材的外径大约为0. 82毫米。本文中所述的外层去除装置、系统或方法能以较小的成本精确地从线材外层去除一定量的材料，从而使得通过拉拔或旋锻工艺成型的线材的尺寸可根据需要进一步减小。特别是在需要去除线材的在拉拔等成型过程中需要但在成型后的使用过程中不需要的外层时，所述装置、系统或方法尤其有效。此外，对于用所述工艺去除外层的线材还可进行反向操作，比如，通过调转电压的极性，选择合适的电解液对线材进行相反的工艺操作，即在线材上进行沉积以增加其尺寸。虽然结合特定的实施例对本发明进行了说明，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于覆盖在本发明真 正构思和范围内的所有这些修改和变型。
权利要求
1.一种以电化学法去除金属或金属复合材料线材的外层的装置，其包括 阴极元件，该阴极元件包括贯通该阴极元件的通道，该通道具有可让线材通过的开ロ，该阴极元件还包括与所述通道流体相通的电解液入口和电解液出ロ； 取间隔元件，该取间隔元件可使正从所述通道通过的线材与该通道的内表面之间保持一定距离，形成电解液空间。
2.如权利要求I所述的装置，其中所述阴极元件是ー个金属単元。
3.如权利要求I所述的装置，其中所述取间隔装置包括分别安装在所述通道的入口和出口附近的一对不导电的线材引导件。
4.如权利要求I所述的装置，其进ー步包括连接于所述阴极元件的电源，其在同时连接于从所述阴极元件中通过的线材时可产生电流。
5.如权利要求I所述的装置，其进ー步包括用来驱动线材通过所述阴极元件的驱动装置。
6.如权利要求5所述的装置，其中所述驱动装置包括在所述阴极元件前端牵引线材的牵引装置和在所述阴极元件后端给付线材的给付装置。
7.如权利要求I所述的装置，其进ー步包括连接于所述电解液入口的电解液源，该电解液源可提供电解液到所述电解液空间。
8.如权利要求I所述的装置。其进ー步包括控制系统，用来控制在所述装置内发生的线
9.如权利要求8所述的装置，所述控制系统包括用来在线材进入所述阴极元件之前测量线材尺寸的第一測量装置、用来在线材从所述阴极元件出来之后測量线材尺寸的第二测量装置、以及用来基于所述第一、第二測量装置反馈的数据控制所述去除金属或金属复合材料线材的外层的装置的參数的參数控制装置。
10.ー种包括权利要求I所述的装置的系统，该系统进一歩包括用来对从所述去除金属或金属复合材料线材的外层的装置中出来的线材进行清洗的清洗装置、用来对清洗后的线材进行防氧化处理的防氧化处理装置、以及用来对防氧化处理后的线材进行干燥的干燥装置。
11.如权利要求10所述的系统，其中所述去除金属或金属复合材料线材的外层的装置、清洗装置、防氧化处理装置和干燥装置分别装在一个机箱内。
12.如权利要求11所述的系统，其中所述装分别有去除金属或金属复合材料线材的外层的装置、清洗装置、防氧化处理装置和干燥装置的机箱一起安置于ー个外壳内。
13.—种以电化学方法出去金属或金属复合材料线材的外层的方法，该方法包括 使线材从形成于ー个阴极元件内的通道中通过，同时使线材与该通道的内表面之间保持一定距离； 在所述线材与所述通道内表面之间的间隙内通入电解液； 向所述阴极元件和所述正从该阴极元件中通过的线材施加电压，从而可通过所述电解液在所述阴极元件和线材之间产生电流；以及电化学去除所述线材的外层。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述线材与通道内表面之间的距离小于等于I毫米。
15.如权利要求13所述的方法，其中所述线材以O到12cm/s之间的速度通过所述阴极元件。
16.如权利要求13所述的方法，其中所述电解液是硝酸钠的去离子水溶液。
17.如权利要求13所述的方法，其中所述线材和通道内表面之间的电解液的流速在O至Ij 12cm/s之间。
18.如权利要求13所述的方法，其中所述施加的电压在0.001到20伏之间。
19.如权利要求13所述的方法，进ー步包括依次对从所述阴极元件出来的线材进行清洗、防氧化处理和干燥的步骤。
20.如权利要求13所述的方法，进ー步包括测量线材在进行外层去除处理前后的尺寸变化，并调整ー个或多个エ艺參数，其中所述エ艺參数包括线材与通道内表面之间的距离、电压、线材速度、电解液的成分及流速。
全文摘要
本发明提供了一种以电化学法去除金属或金属复合材料线材一定外层的装置、系统及方法。所述装置包括阴极元件，该阴极元件包括贯通该阴极元件的通道，该通道具有可让线材通过的开口，该阴极元件还包括与所述通道流体相通的电解液入口和电解液出口。所述装置还包括取间隔元件，该取间隔元件可使得正从所述通道通过的线材与该通道的内表面之间保持一定距离，形成电解液空间。
文档编号C25F5/00GK102758241SQ20111011051
公开日2012年10月31日 申请日期2011年4月29日 优先权日2011年4月29日
发明者凯瑟琳.安, 史蒂夫.J.布莱什, 安德鲁.崔默, 布鲁斯.努森, 徐民风, 托马斯.拉伯, 斯科特.奎利恩, 曼齐奥斯.拉斯卡里斯, 魏斌, 黄先锐 申请人:通用电气公司