簡易電鍍/電沉積裝置的製作方法

2023-10-29 09:13:02

專利名稱：簡易電鍍/電沉積裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種應用於電鍍/電沉積領域的簡易電鍍/電沉積裝置，屬於電化學領域。
背景技術：
電鍍/電沉積這一電化學技術被廣泛應用於現代社會的各行各業。它的一個重要應用就是金屬防蝕。隨著工業化進程的加快，金屬材料被大規模地使用，金屬與它所處的環境介質之間發生化學、電化學或物理作用，引起金屬的變質和變壞，稱為金屬腐蝕。金屬腐蝕問題遍及國民經濟和國防建設的各個部門，每年都有大量的金屬構件和設備因腐蝕而報廢。 據報導，目前我國每年約有30%鋼鐵因腐蝕而報廢，其中約10%因變成鐵鏽而徹底報廢， 每年因此而損失的鋼材近1000萬噸，相當於一個寶鋼全年的產量。除了腐蝕造成的直接損失，金屬腐蝕造成的間接損失往往更為嚴重，例如汙染產品、倒塌、爆炸等造成的生命財產損失更是不可計數。據國外統計，金屬腐蝕的年損失遠遠超過水災、火災、風災和地震(平均值)損失的總和。因此，金屬腐蝕引起了人們的極大關注。研究表明，對金屬表面進行電化學鈍化或者修飾，覆蓋上金屬或非金屬等各種保護層，把被保護金屬與腐蝕性介質隔開， 是防止金屬腐蝕的有效方法。這一過程通常要經過電鍍/電沉積過程來實現。這一技術的最大優點是反應過程可控、鍍層均勻並且附著牢固，得到的合金鍍層具有良好的物理性質、 優異的抗蝕性、磁性、可焊性以及可進行熱處理。它不僅通過生成保護層從物理上直接阻斷腐蝕，還可以在金屬表面構造出與水的接觸角大於150°、滾動角小於10°的超疏水性表面減少與環境的接觸面積，進而降低腐蝕水平。電鍍/電沉積的另一個重要應用是進行裝飾性電鍍。裝飾性電鍍是賦予外觀美感的電鍍方法，例如塑料電鍍、仿金電鍍，由於它們成本低，又具有良好的美化效果，目前已經滲透到工藝品製作、五金生產和汽車製造等行業。隨著人們生活水平的不斷提高，對裝飾品的要求也越來越高，裝飾性電鍍有廣泛的應用前景。現有的小型電鍍/電沉積裝置大多數是基於電解池設計而成，它有很多缺點。它不僅需要大體積的反應溶液，裝置結構複雜、不易操作，電極固定不牢固，打磨、灼燒、清洗困難，電極面積不易控制，而且很多過程中涉及的都是二電極體系，這很不利於精確研究電鍍/電沉積過程中電流、電壓等電信號與鍍層物理特徵之間的動態對應關係，也不利於精
細生產。

發明內容
針對目前電鍍/電沉積裝置所存在的問題，本發明提供一種穩定而有效的簡易電鍍/ 電沉積裝置。該裝置是一種基於電化學原理設計而成，可固定鉬片、鋼板等平板電極分別作為工作電極和輔助電極，再與參比電極構成三電極體系的一種結構緊湊、效果良好的裝置， 可應用於電鍍、電沉積等材料表面加工技術和相關的理論研究。本發明技術方案如下
一種簡易電鍍/電沉積實驗裝置，包括固定基架、電極固定裝置、導線等；其中，所述的固定基架由塑料圓管以及套在上面的不鏽鋼喉箍和塑料滾輪構成；不鏽鋼喉箍、塑料滾輪與塑料圓管之間是防水膠帶層，防水膠帶層將鋪設在塑料圓管外圓周上的凹槽中的兩條導線固定；電極固定裝置由通過不鏽鋼喉箍固定在凹槽中的兩個不鏽鋼夾組成，這兩個不鏽鋼夾對稱且保持豎直，以保證其所固定的平板電極保持平行；塑料圓管頂部設有鹽橋，鹽橋與參比電極連接，鹽橋經塑料圓管內部的鹽橋通道伸入底部溶液中，使得參比電極與另外兩電極構成三電極體系；電極固定裝置和固定基架的下半部分設置於燒杯中，燒杯充當反應池，同時支撐整個裝置；導線通過引出的金屬片與電化學工作站的外界電源相連，構成迴路。所述的塑料圓管外圓周上有對稱分布的兩組凹槽，並且圓管長度略短於鹽橋上含有魯金毛細管的一端。所述的兩不鏽鋼夾對稱、豎直固定，基本能保證其所夾持的兩平板電極保持平行且接近，含有魯金毛細管的鹽橋一端伸到兩電極之間，埠指向工作電極。所述的兩不鏽鋼夾與導線焊接處先包上防水膠帶，再用不鏽鋼喉箍固定，不鏽鋼喉箍周圍包裹有橡膠管，以防造成短路和受到腐蝕。所述的塑料構件均為聚四氟乙烯材質，耐化學腐蝕。所述的塑料滾輪外徑為55mm，內徑為27mm。所述的燒杯為最大標註刻度為80mL，實際體積是IOOmL的燒杯，使得與塑料滾輪密切接觸，創造密閉環境，並使裝置保持豎直。所述的鹽橋通道頂端裝有去底5mL離心管，它帶有蓋子，裝置閒置時按下，以防外界汙物進入鹽橋通道。所述金屬片與外界電源連接處有塑料保護套，以穩定連接並防止溶液腐蝕。所述兩不鏽鋼夾上沿至塑料圓管上端部分均纏有防水膠帶，以固定導線，並套牢塑料滾輪。可通過上下移動上端的不鏽鋼喉箍改變塑料滾輪在塑料圓管上的位置，從而改變伸入溶液中電極的面積。本發明的工作電極與輔助電極對稱固定，參比電極(如飽和甘汞電極)與本裝置通過鹽橋連接，鹽橋從塑料圓管內部的中間通道插入，魯金毛細管正對工作電極，再與電化學工作站等外界電源連接，從而構成三電極迴路體系。本裝置與IOOmL玻璃燒杯搭配使用， 不僅節省溶液(一般僅需20mL)，還有很好的密封效果。實驗時，先向燒杯中倒入適量的溶液，根據實驗需要決定是否採用曝氣除氧。將平板電極分別固定在對稱分布的兩個不鏽鋼夾上，然後將裝置放到燒杯上，塑料滾輪下沿與燒杯埠緊密相接，這樣可以起到一定的密封作用。根據研究目標確定陰陽極，並與參比電極(如飽和甘汞電極)一起連接到電化學工作站等外界電源上。連接本裝置時，要用電化學工作站等外界電源引出線自帶的夾子夾緊金屬片，然後將它們包到塑料保護套中，以免與實驗臺上的液體接觸，腐蝕夾子和金屬片，影響實驗的正常進行，同時還可以保證穩定連接。打開離心管上部的蓋子，將鹽橋上具有魯金毛細管的一端經由塑料圓管內部的鹽橋通道伸入溶液中，並將毛細管埠對向工作電極，鹽橋再與飽和甘汞電極等參比電極相連，這樣就構成了三電極體系。通過電化學工作站等外界電源設置合適的參數，運行實驗，完成電鍍/電沉積過程。實驗結束之後，斷開線路連接，將裝置從燒杯上託起，並將電極從不鏽鋼夾子上取下，按下離心管上部的蓋子，避免環境中的汙物進入鹽橋通道，將導線連同塑料保護套、金屬片纏繞到塑料滾輪的中間部分。把燒杯中的溶液回收或倒掉，洗刷乾淨，以待下次實驗之用。在反應中的實際電極面積可以通過以下兩方面來調節。一是通過不鏽鋼夾夾持電極的程度調節，二是通過塑料滾輪上方的不鏽鋼喉箍調節。此處的不鏽鋼喉箍不僅起到固定纏繞導線的防水膠帶層的作用，而且能夠保持塑料滾輪的上下位置。可以通過移動不鏽鋼喉箍的位置，來改變塑料滾輪在塑料圓管上的高度，從而改變本裝置下端伸入燒杯中的長度，最終改變浸入溶液電極的面積。本裝置設計緊湊，結構穩定，易操作，可固定電極種類多樣，容易拆卸，方便打磨和清洗，電極面積可控，所需溶液體積小，適用於實驗研究、小規模精細化工生產或者工藝品製作等領域，市場前景廣闊。


圖1是本發明簡易電鍍/電沉積裝置主視圖； 圖2是圖1的俯視圖； 圖3是圖1的仰視圖。其中1.燒杯，2.不鏽鋼夾，3.不鏽鋼喉箍，4.塑料滾輪，5.離心管，6.鹽橋通道，
7.塑料圓管，8.防水膠帶層，9.導線，10.塑料保護套，11.金屬片，12.橡膠管， 13.凹
具體實施例方式下面結合附圖對本裝置的製作過程和使用方法作進一步的闡述，但本發明的保護範圍不限於此。製作過程
1.取一段長為90cm塑料圓管7 (Dd4*6)，它的管壁外圓周上有四個凹槽13，並且兩兩對稱分布，頂端為圓餅形凸起。2.用鋼鋸將一 5mL塑料離心管圓形底部去掉，再用圓銼對截面進行打磨，將其塞入塑料圓管7上部，使離心管管口與塑料圓管7上端基本持平。3.取兩段各為30cm的銅絲導線9，它們一端分別與一金屬片11焊接在一起，並套上塑料保護套10，另一端再分別與不鏽鋼夾2焊接，並用防水膠帶纏緊連接處。4.將兩個已連接好導線的不鏽鋼夾2豎直、對稱地放在塑料圓管7外圓周上的兩凹槽13裡，連接導線的一側與凹槽壁貼緊，並沿凹槽13鋪設上導線。先用防水膠帶將不鏽鋼夾2上部導線纏繞固定在塑料圓管7上，再用套有橡膠管12的不鏽鋼喉箍3固定兩不鏽鋼夾2。5.將塑料滾輪4套在防水膠帶層8上，防水膠帶層8的厚度要適中，要恰好能套牢滾輪4。在塑料滾輪4上沿再加一個不鏽鋼喉箍3。使用方法
技術領域：
本發明需與100 mL玻璃燒杯1搭配使用。實驗時，先向燒杯1中倒入適量的溶液，根據實驗需要決定是否採用曝氣除氧。將平板電極分別固定在對稱分布的兩個不鏽鋼夾上2，然後將裝置放到燒杯1上，塑料滾輪4下沿與燒杯1埠緊密相接，這樣可以起到一定的密封作用。根據研究目標確定陰陽極，並與參比電極(如飽和甘汞電極)一起連接到電化學工作站等外界電源上。連接本裝置時，要用電化學工作站等外界電源引出線自帶的夾子夾緊金屬片11，然後將它們包到塑料保護套中，以免與實驗臺上的液體接觸，腐蝕夾子和金屬片， 影響實驗的正常進行，同時還可以保證穩定連接。再打開離心管5上部的蓋子，將鹽橋上具有魯金毛細管的一端經由塑料圓管7內部的鹽橋通道6伸入溶液中，並將毛細管埠對向工作電極，鹽橋再與飽和甘汞電極等參比電極相連，這樣就構成了三電極體系。通過電化學工作站等外界電源設置合適的參數，運行實驗，完成電鍍/電沉積過程。實驗結束之後，斷開線路連接，將裝置從燒杯上託起，並將電極從不鏽鋼夾子2上取下，按下離心管5上部的蓋子，避免環境中的汙物進入鹽橋通道6，將導線9連同塑料保護套10、金屬片11纏繞到塑料滾輪4的中間部分。把燒杯中的溶液回收或倒掉，洗刷乾淨，以待下次實驗之用。
在反應中的實際電極面積可以通過以下兩方面來調節。一是通過不鏽鋼夾2夾持電極的程度調節，二是通過塑料滾輪4上方的不鏽鋼喉箍3調節。此處的不鏽鋼喉箍3不僅起到固定纏繞導線的防水膠帶層8的作用，而且能夠保持塑料滾輪4的上下位置。可以通過移動不鏽鋼喉箍3的位置，來改變塑料滾輪4在塑料圓管7上的高度，從而改變本裝置下端伸入燒杯中的長度，最終改變浸入溶液電極的面積。
權利要求
1.一種簡易電鍍/電沉積實驗裝置，其特徵在於，包括固定基架、電極固定裝置、導線； 其中，所述的固定基架由塑料圓管以及套在上面的不鏽鋼喉箍和塑料滾輪構成；不鏽鋼喉箍、塑料滾輪與塑料圓管之間是防水膠帶層，防水膠帶層將鋪設在塑料圓管外圓周上的凹槽中的兩條導線固定；電極固定裝置由通過不鏽鋼喉箍固定在凹槽中的兩個不鏽鋼夾組成，這兩個不鏽鋼夾對稱且保持豎直，以保證其所固定的兩平板電極保持平行；塑料圓管頂部設有鹽橋，鹽橋與參比電極連接，鹽橋經塑料圓管內部的鹽橋通道伸入底部溶液中，使得參比電極與另外兩電極構成三電極體系；電極固定裝置和固定基架的下半部分設置於燒杯中，燒杯充當反應池，同時支撐整個裝置；導線通過引出的金屬片與電化學工作站的外界電源相連，構成迴路。
2.如權利要求1簡易電鍍/電沉積實驗裝置，其特徵在於，所述的塑料圓管外圓周上有對稱分布的兩組凹槽，並且圓管長度短於鹽橋上含有魯金毛細管的一端。
3.如權利要求2簡易電鍍/電沉積實驗裝置，其特徵在於，所述的兩不鏽鋼夾對稱、豎直固定，保證其所夾持的兩平板電極保持平行且接近，含有魯金毛細管的鹽橋一端伸到兩平板電極之間，埠指向工作電極。
4.如權利要求1簡易電鍍/電沉積實驗裝置，其特徵在於，所述的兩不鏽鋼夾與導線焊接處先包上防水膠帶，再用不鏽鋼喉箍固定，不鏽鋼喉箍周圍包裹有橡膠管，以防造成短路和受到腐蝕；所述兩不鏽鋼夾上沿至塑料圓管上端部分均纏有防水膠帶，以固定導線，並套牢塑料滾輪。
5.如權利要求1簡易電鍍/電沉積實驗裝置，其特徵在於，所述的塑料圓管和塑料滾輪均為聚四氟乙烯材質，耐化學腐蝕。
6.如權利要求1簡易電鍍/電沉積實驗裝置，其特徵在於，所述的塑料滾輪外徑為 55mm，內徑為 27mm0
7.如權利要求1簡易電鍍/電沉積實驗裝置，其特徵在於，所述的燒杯為最大標註刻度為80mL，實際體積是IOOmL的燒杯，使得與塑料滾輪密切接觸，創造密閉環境，並使裝置保持豎直。
8.如權利要求1簡易電鍍/電沉積實驗裝置，其特徵在於，所述的鹽橋通道頂端裝有去底5mL離心管，它帶有蓋子，裝置閒置時按下，以防外界汙物進入鹽橋通道。
9.如權利要求1簡易電鍍/電沉積實驗裝置，其特徵在於，所述金屬片與外界電源連接處有塑料保護套，穩定連接並防止溶液腐蝕。
10.如權利要求1簡易電鍍/電沉積實驗裝置，其特徵在於，所述位於上端的不鏽鋼喉箍能上下移動以改變塑料滾輪在塑料圓管上的位置，從而改變伸入溶液中電極的面積。
全文摘要
本發明涉及一種簡易電鍍/電沉積裝置，包括固定基架、電極固定裝置；固定基架由塑料圓管以及套在上面的不鏽鋼喉箍和塑料滾輪構成；不鏽鋼喉箍、塑料滾輪與塑料圓管之間是防水膠帶層，防水膠帶層將鋪設在塑料圓管外圓周上的凹槽中的導線固定；電極固定裝置由通過不鏽鋼喉箍固定在凹槽中的兩個不鏽鋼夾組成，這兩個不鏽鋼夾對稱且保持豎直，保證其所固定的兩平板電極保持平行；塑料圓管頂部設有鹽橋，鹽橋與參比電極連接，鹽橋經塑料圓管內部的鹽橋通道伸入底部溶液，使參比電極與另外兩電極構成三電極體系；燒杯充當反應池，同時支撐整個裝置；導線通過引出的金屬片與電化學工作站的外界電源相連，構成迴路。本裝置結構合理，布局規範，解決了電極固定不穩，拆卸、打磨、清洗困難，電極面積不易控制等問題。
文檔編號C25D17/00GK102400200SQ20111041625
公開日2012年4月4日 申請日期2011年12月13日 優先權日2011年12月13日
發明者劉賢偉, 孫雪菲, 張國輝, 王曙光, 高明明, 齊進 申請人:山東大學