一种金属材料电解剥层装置的制作方法

本实用新型涉及一种金属材料电解剥层装置，主要用于内部残余应力分析的制样装置，属于残余应力测量用样品制备方法和装置领域。

背景技术：

金属材料及工件在冶金成型工艺中，不可避免会产生并存储一定的应力，对后续的服役及尺寸稳定性产生不良影响。目前，测量残余应力多采用x射线衍射法，不过由于x射线穿透深度小，只能测量表层的应力。

为了测量内部的残余应力，又避免叠加外来应力，多采用电解剥层，去除表面一定厚度，从而分析其内部应力。

目前的电解剥层装置，有泵涌式，工件倒置，将电解液喷涌到工件表面，然后多余的电解液被泵抽走，从而保证电解腔体充满电解液，但由于工件倒置，难以完成大尺寸或大重量的工件的电解剥层工作，而且泵及管路易于腐蚀；也有简易式的，工件正置，但由于电解装置与工件接触不严密，多存在漏液现象，而且由于电解液少，易于温升，难以保证电解速率的稳定，造成剥层深度难以准确把控。

技术实现要素：

针对电解剥层装置中存在的漏液和温升问题，本实用新型提供了一种电解剥层装置，本实用新型设计的简易便携的电解剥层装置，增加了密封和水冷设计，可以有效避免漏液，以及温度波动(温升)。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种金属材料的电解剥层装置，包括电解套筒、圆片形电极、铁架台、夹具、冷却水槽、水泵和直流稳压电源等，所述的套筒内装填吸水性材料，所述的圆片形电极上设置孔洞，放置在套筒内吸水性材料的上面；套筒的内外筒之间为中空夹层，夹层中缠绕pe软管，pe软管与水泵和冷却水槽连接，可通水冷却，水泵将冷却水槽的水吸入pe软管，对电解液冷却后，回流至冷却水槽中；套筒底部装有胶圈，电解套筒可通过铁架台和夹具按压在工件上，防止电解液溢漏；所述的圆片形电极作为负极，与直流稳压电源的负极连接，待电解剥层的工件作为正极，与直流稳压电源的正极连接。

所述的套筒具有双层结构，由内筒和外筒组成，内筒与外筒之间的夹层为中空；材质可以是无机玻璃、陶瓷或者有机高分子等绝缘材料。套筒的内径取决于检测所需的剥层位置尺寸，一般为5～10mm，外径为15～20mm，高度为50～100mm；内筒和外筒的厚度为0.5～1mm。所述套筒两端的内筒与外筒之间设置封盖，套筒上端的封盖上设置有pe软管的进口和出口。

所述的套筒内部在电极和工件之间装填有吸水性材料，高度可为10～20mm，可以是棉花、纤维、泡沫和/或海绵等。

所述的套筒底部安装的胶圈可为硅胶垫圈，厚度为2～4mm。所述胶圈的内径与套筒的内径相同。

所述套筒的内外筒夹层中缠绕薄壁pe软管，直径为2～3mm，并固定。将pe软管入水端连接水泵，并将其出水端置于盛有水的冷却水槽中。在电解套筒夹层中放置冷却软管，有利于避免温度升高，保证电解速率稳定。

所述的冷却水槽为长、宽、高均为100～200mm的方形容器，或者直径为100～200mm，高度为100～200mm的筒型容器，内部盛有适量的纯净水。

所述的圆片形电极的直径略小于套筒内径，可置于套筒内，圆片形电极分布的孔洞的直径为0.5～1mm，电极材质根据待电解剥层的工件的材质而定，可以是不锈钢、铜、铝、石墨或者惰性贵金属等。

所述的夹具安装在铁架台上，可以夹持套筒并多向调节，且能承受一定的纵向力。待电解剥层的工件放置在铁架台上，所述的套筒通过夹具按压固定在待电解剥层的工件上，所述套筒的下端通过胶圈紧密压实于工件上。圆片形电极与工件之间的套筒中盛装电解液，电解液面达到圆片形电极。

所述的圆片形电极与工件的距离保持固定，直流稳压电源的输出电压可以调整。

本实用新型的金属材料电解剥层装置在工作时，主要包括以下步骤：

步骤一、组装电解装置。将稳压电源正极连接工件，负极连接圆片电极。另外在电解套筒中装填海绵，将圆片电极按压于其上。然后将套筒固定于铁架台夹具上，并将高度下降，按压在工件待剥层处。

步骤二、配置电解液。用滴管吸取适量，滴入套管中，直至电解液面达到或没过圆片电极。

步骤三、在冷却水槽中装入适量的纯净水，开启水泵，进行循环。

步骤四、开启电源，将电压调至适当值。然后进行电解剥层。

本实用新型的电解剥层装置，主要包括电解套筒，套筒上端置有带孔洞的圆片形电极，电极与工件之间装填吸水性材料，套筒夹层缠绕pe软管，通水冷却。套筒底部装有硅胶垫；铁架台，冷却水槽以及直流稳压电源。工作时，工件为正极，圆片形电极为负极，两者间的吸水性材料充满电解液。在两者间施以一定的电压，从而完成电解剥层，期间电解套筒夹层的软管通入循环冷却水，避免电解温升。

本实用新型装置在简易电解剥层装置的基础上，在电解腔中充填棉絮或通孔型泡沫海绵，并增加密封胶圈，同时增加电解装置和工件的接触的稳定度，可有效的避免漏液；另外，在电解腔体外部包裹软管，通水冷却电解腔，从而避免电解时温度波动较大。本实用新型装置简单，成本低，操作简单，实用性强，可以同时有效的避免漏液以及电解温度升高。

附图说明

图1为本实用新型电解剥层装置示意图。

图2为本实用新型中电解套筒剖面图。

图3为本实用新型中多孔阴极示意图。

主要附图标记说明：

1套筒(电解筒)2硅胶圈

3工件4铁架台

5夹具6pe软管(冷却水管)

7水泵8冷却槽

9直流稳压电源10吸水性材料

11圆片形电极12导线

具体实施方式

如图1所示，本实用新型的电解剥层装置整体结构，包括电解套筒1、圆片形电极11、铁架台4、夹具5、pe软管6、水泵7、冷却槽8、直流稳压电源9、吸水性材料10和硅胶圈2等，夹具5安装固定在铁架台4上，夹具5将套筒1夹住并可进行多向调节，待电解剥层的工件3放置在铁架台4上，套筒1底部装有硅胶圈2，套筒1通过夹具5按压固定在待电解剥层的工件3上，套筒1的下端通过硅胶圈2紧密压实在工件3上。套筒1内装填吸水性材料10，圆片形电极11上设置孔洞，放置在套筒1内吸水性材料10上，圆片形电极11与工件3之间的套筒1中充满电解液，电解液面达到或没过圆片形电极11。圆片形电极11作为负极，通过导线12与直流稳压电源9的负极连接，待电解剥层的工件3作为正极，通过导线与直流稳压电源9的正极连接，圆片形电极11与工件3的距离保持固定。套筒1的内外筒之间为中空夹层，夹层中缠绕pe软管6，pe软管6与水泵和冷却水槽串连形成循环回路，pe软管6的一端通过水泵7与冷却槽8的出水端连接，另一端放入冷却槽8中，可通水进行循环冷却。

如图2所示，双层电解套筒1的内径取决于检测所需的剥层位置尺寸，一般为5～10mm，外径为15～20mm，高度为50～100mm，材质可以是无机玻璃、陶瓷或者有机高分子等绝缘材料。内、外筒厚度为0.5～1mm，内外筒夹层为中空。

套筒1内部在圆片形电极11和工件3之间装填有10～20mm高的通孔吸水性材料，在电解套筒中填充但不局限于海绵，亦可以是棉花，泡沫、纤维团等吸水通孔材料。

套筒1底部装有2～4mm厚的硅胶圈2，硅胶圈2的内径与套筒1的内径相同。

在内、外筒夹层中缠绕直径为2～3mm的薄壁pe软管6，并固定。套筒1两端的内筒与外筒之间设置封盖，套筒上端的封盖上设置有pe软管6的进口和出口。将pe软管6入水端接上水泵7，并将其出水端置于盛有水的冷却槽8中。在电解套筒1夹层中放置pe软管6，有利于避免温度升高，保证电解速率稳定。

冷却槽8为长、宽、高为100～200mm的方形容器，或者直径为100～200mm，高度100～200mm的筒型容器，内部盛有适量的纯净水。

套筒1上端置有圆片形电极11，电极材质根据欲电解剥层的材质而定，可以是不锈钢、铜、铝、石墨或者惰性贵金属。电极直径略小于套筒1内径，圆片形电极11上布有直径为0.5～1mm孔，如图3所示。工作时圆片形电极11与工件3的距离保持固定。

电源为直流稳压电源9，通过导线，正极连接工件3，负极连接圆片形电极11。电源可以调整输出电压。

铁架台4上带有夹具5，可以夹持套筒1并多向调节，且能承受一定的纵向力。

本实用新型的电解剥层装置，主要包括电解套筒1，套筒1上端置有带孔洞的圆片形电极11，电极与工件3之间装填吸水性材料，套筒1夹层缠绕pe软管6，通水冷却。套筒1底部装有硅胶圈2；铁架台4，冷却槽8以及直流稳压电源9。工作时，工件3为正极，圆片形电极11为负极，两者间的吸水性材料充满电解液。在两者间施以一定的电压，从而完成电解剥层，期间电解套筒1夹层的软管通入循环冷却水，避免电解温升。

采用本实用新型的电解剥层装置，对工件进行电解剥层，主要步骤包括：

步骤一、对工件3电解剥层处进行打磨，清除氧化皮或油脂等。

步骤二、将稳压电源连线，正极连接工件3，负极连接圆片形电极11。

步骤三、在电解套筒1中填海绵或泡沫，将圆片形电极11按压于其上。然后将套筒1固定于铁架台4的夹具上，并将高度下降，按压在工件3待剥层处。

步骤四、配置电解液，并用滴管吸取适量，滴入套管1中，直至电解液面达到或没过圆片形电极11。

步骤五、在冷却水槽中装入适量的纯净水，开启水泵7，进行循环。

步骤六、开启电源，将电压调至适当值。然后进行电解剥层。

步骤七，根据剥层深度，电解一定时间，然后关闭电源。

下面以一种低碳工具钢电解剥层为例，来进一步说明本实用新型的电解剥层装置的使用方法，具体步骤如下：

步骤一、用酒精清洗低碳工具钢待电解剥层处的表面，并用2400#水砂纸轻轻打磨待剥层处。

步骤二、将稳压电源连线，正极连接工件，负极连接纯铜圆片形电极11。

步骤三、在电解套筒1中填海绵，将圆片形电极11按压于其上，圆片形电极11与工件的距离为50mm。然后将套筒1固定于铁架台4的夹具5上，并将高度下降，按压在工件待剥层处。

步骤四、配置电解液，nacl：10g，盐酸5ml，去离子水：100ml。待完全溶解后，用滴管吸取电解液并滴入套管1中，至电解液面达到圆片形电极11。

步骤五、在冷却水槽中装入适量的纯净水，开启水泵，进行循环。

步骤六、开启电源，将电压调至15v，进行电解剥层。电解15min后，工件已明显剥除一定的深度。

以上实施例仅用以说明而非限制本实用新型的技术方案，尽管上述实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的相关技术人员应当理解：可以对本实用新型进行修改或者同等替换，但不脱离本实用新型精神和范围的任何修改和局部替换均应涵盖在本实用新型的权利要求范围内。