变极性脉冲酸洗控制方法技术

本发明专利技术公开了一种变极性脉冲酸洗控制方法，包括如下步骤：在将工件置于酸性电解液中进行酸洗时，实时检测所述工件的电特征信息；判断所述电特征信息是否满足极性切换条件：若满足，则改变电源系统输出脉冲的极性，使所述工件由阴极酸洗切换为阳极酸洗或者由阳极酸洗切换为阴极酸洗。本发明专利技术通过控制电源系统进行变极性输出，使工件交替进行阳极酸洗与阴极酸洗，避免了工件材料发生氢脆现象，改善了酸洗效果，提高了酸洗效率。

【技术实现步骤摘要】
变极性脉冲酸洗控制方法
本专利技术涉及表面处理
，特别涉及一种变极性脉冲酸洗控制方法。
技术介绍
金属在电镀、化学镀、转化膜等表面处理前都必须进行酸洗，其目的是除去金属制件表面的锈蚀物及氧化层，这是获得高质量膜层的一个重要前提。根据锈蚀和氧化皮的情况及性质的不同可采取不同的除锈方法。除锈方法主要分为两大类，即物理方法和化学方法。物理方法主要有人工除锈和机械除锈(如喷砂、喷丸、抛光等)。化学除锈一般是采用酸洗的方法，即将带有氧化皮或铁锈的钢铁工件在酸洗液中侵蚀，以去除钢铁工件表面的氧化物或锈蚀层。相比传统的化学酸洗，电解酸洗是一种高效的酸洗方法，具有腐蚀能力强，速率快等优点。电解酸洗时，工件既可以作为阳极，也可以作为阴极。工件作为阴极时，电解池阴极区域所发生的反应为：Fe2++2e→FeFe3++3e→Fe2H++2e→2[H]→H2↑当工件作为阳极时，电解池阳极区域所发生的反应为：Fe-2e→Fe2+Fe-3e→Fe3+4OH--4e→2H2OOO2↑由上可知：工件作为阴极进行阴极酸洗时，电解液中的H+得电子变成活性氢原子[H]，氢原子一部分结合成H2逸出，对氧化皮和铁锈有机械剥离作用，有利于氧化皮和铁锈的去除，酸洗效果也较好，但酸洗速率慢，而且一部分氢会以原子状态从晶格间隙中侵入金属，扩散至内部，引起材料的氢脆。进行阳极酸洗时，虽然渗氢现象得到一定的控制，但金属极易过腐蚀，且酸洗效果一般。
技术实现思路
基于此，本专利技术提供一种变极性脉冲酸洗控制方法，通过电源系统输出幅值、频率皆可独立调节的变极性脉冲波形，使工件交替进行阳极酸洗与阴极酸洗，在提高酸洗效率的同时，抑制工件渗氢，降低工件表面的粗糙度，使处理后的工件表面更加光滑平整，呈现金属光泽。本专利技术实施例的内容如下：一种变极性脉冲酸洗控制方法，包括如下步骤：在将工件置于酸性电解液中进行酸洗时，实时检测所述工件的电特征信息；判断所述电特征信息是否满足极性切换条件：若满足，则改变电源系统输出脉冲的极性，使所述工件由阴极酸洗切换为阳极酸洗或者由阳极酸洗切换为阴极酸洗。本专利技术提供的变极性脉冲酸洗控制方法，通过实时检测工件的电特征信息，可自动调整电源系统的输出极性，保证工件的酸洗过程处于或接近最优状态。本专利技术通过控制电源系统进行变极性输出，使工件交替进行阳极酸洗与阴极酸洗，在保证较高酸洗速率的同时，改善酸洗效果，避免工件材料发生氢脆现象。【附图说明】图1为本专利技术实施例中一种变极性脉冲酸洗控制方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例中变极性脉冲的波形示意图；图3为本专利技术实施例中典型的阳极极化曲线图；图4为本专利技术实施例中变极性脉冲的极性切换判断方法的流程示意图；图5为本专利技术实施例中对于不同频率处理过程中的电特性波形示意图；图6为本专利技术实施例中对于不同频率处理所得的工件表面效果图；图7为本专利技术实施例中最佳切换频率与电流密度之间的关系曲线。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术的内容作进一步描述。如图1所示，本专利技术提供一种变极性脉冲酸洗控制方法，包括如下步骤：S11：在将工件置于酸性电解液中进行酸洗时，实时检测所述工件的电特征信息；S12：判断所述电特征信息是否满足极性切换条件，若满足，则进入S13；S13：改变电源系统输出脉冲的极性，使所述工件由阴极酸洗切换为阳极酸洗或者由阳极酸洗切换为阴极酸洗。在一个具体实例中，工件为304不锈钢热轧板，其尺寸为4cm×4cm×0.4cm，酸性电解液为：浓度为150g/L(克每升)的Na2SO4(硫酸钠)以及浓度为60g/L(克每升)的HNO3(硝酸)。将两块相同的304不锈钢热轧板分别连接至电源系统的输出正端和负端，两者平行放置，间距50mm；则初始时刻阳极为一块304不锈钢热轧板，阴极为另一块304不锈钢热轧板。利用电源系统输出如图2所示的变极性脉冲方波，使所述的两块304不锈钢热轧板交替进行阳极酸洗与阴极酸洗；图2中，Ip＝10A，In＝-10A，tp＝2ms，tn＝3ms，室温下处理2min。304不锈钢热轧板表面氧化皮的组成由外到内主要分为三层：最外层为铁的氧化物，包括Fe2O3、Fe3O4、FeO；中间层为较稳定的铁铬氧化物FeOCr2O3，靠近基体的内层为Cr2O3、NiO等，基体表面为“贫铬层”。通电之后，304不锈钢热轧板作为阴阳极时分别发生的电化学反应为：阳极反应：H2O→[O]+2H++2e2[O]→O2↑FexOy+(3x-y)[O]+xH2O→xFeO42-+2xH+Cr2O3+3[O]+2H2O→2CrO42-+4H+Cr2O3+3[O]+H2O→Cr2O72-+2H+NiO+2H+→Ni2++2H2O阴极反应：FeO42-+8H++3e→Fe3++4H2O2H++2e→H2↑304不锈钢热轧板表面氧化皮具有疏松多孔性，阳极酸洗阶段，初生态的氧原子是氧化反应的主要动力，阳极氧化作用首先在表面细小的孔洞及裂缝等反应活性点处发生，将FeO、Fe3O4、Fe2O3、FeOCr2O3转化成FeO3和FeO3Cr2O3，进而以溶解在酸性电解液中，使难溶的铬尖晶石疏松和分离，破坏氧化皮的骨架结构。同时Cr2O3被氧化为CrO3，在酸性环境中以和存在，NiO溶于酸变成Ni2+等，这些氧化物的溶解进一步起到疏松氧化皮的作用，导致氧化皮的剥落以小孔和裂缝为中心进行扩展；同时一部分活性氧原子在304不锈钢热轧板的表面结合成氧气分子，氧气分子的聚集使气泡不断膨胀变大，最终脱离304不锈钢热轧板以气体形式逸出，此过程对氧化皮有机械剥离作用。阴极酸洗阶段，电极附近的和得到电子变成Fe3+和Cr3+，同时H+得电子产生氢原子，一部分氢原子结合成H2的逸出，对氧化皮产生机械剥离作用；一部分氢以原子状态从晶格间隙中侵入金属，扩散至内部，引起304不锈钢热轧板材料的氢脆。由此可知，阳极酸洗时，304不锈钢热轧板表面氧化物的电化学溶解再辅以氧气的机械剥离作用导致氧化皮的脱落，故阳极酸洗的速率较快。进行阴极酸洗时，氧化物不参与电化学反应，氧化皮的去除只能依靠氢气的机械剥离作用，氧化皮脱落速率较慢。单独采用阳极酸洗时，易造成过酸洗且酸洗效果一般；单独采用阴极酸洗时，虽然效果较好，但是酸洗速率慢，而且易造成工件的氢脆，破坏工件的力学性能。基于以上理由，本专利技术提出采用变极性脉冲酸洗控制方法，通过将阳极酸洗及时切换为阴极酸洗、隔一段时间后再切换回阳极酸洗的交替方式，使氢气和氧气交替在工件表面生成，不会发生渗氢而破坏工件材料的力学性能。再者，采用变极性酸洗时，阳极酸洗阶段内，在以氧化皮表面小孔、裂纹为反应活性点处发生电化学反应，氧化皮以活性点为中心开始脱落，当切换到阴极酸洗阶段时，反应活性点消失。当下一个阳极酸洗阶段到来时，重新形成反应活性点，且活性点位置较上一个阳极酸洗阶段发生变化。如此循环，反应活性点在工件表面游离，氧化皮溶解去除更加均匀，能够大大的降低工件表面的粗糙度，使处理后的工件表面更加光滑平整，呈现金属光泽。而单独采用阳极酸洗时，反应活性点位置趋于固定不动，很容易在某一位置发生过酸洗，形成腐蚀坑，使处理后的工件表面凹凸不平，粗糙度增加，缺乏金属光泽。在实际处理中，变极性脉冲参数，如脉冲幅值、脉冲持续时间，都对处理效率及工件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变极性脉冲酸洗控制方法，其特征在于，包括如下步骤：在将工件置于酸性电解液中进行酸洗时，实时检测所述工件的电特征信息；判断所述电特征信息是否满足极性切换条件：若满足，则改变电源系统输出脉冲的极性，使所述工件由阴极酸洗切换为阳极酸洗或者由阳极酸洗切换为阴极酸洗。

【技术特征摘要】
1.一种变极性脉冲酸洗控制方法，其特征在于，包括如下步骤：在将工件置于酸性电解液中进行酸洗时，实时检测所述工件的电特征信息；所述电特征信息包括工件两端的电压和动态电阻变化率；判断所述电特征信息是否满足极性切换条件：若满足，则改变电源系统输出脉冲的极性，使所述工件由阴极酸洗切换为阳极酸洗或者由阳极酸洗切换为阴极酸洗。2.根据权利要求1所述的变极性脉冲酸洗控制方法，其特征在于，获取所述电特征信息的过程包括：通过霍尔电压传感器实时检测工件两端的电压信号，通过霍尔电流传感器实时采集流经工件的电流信号；利用所述电压信号除以所述电流信号确定动...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹彪，杨凯，杨广，黄增好，
申请(专利权)人：广州市精源电子设备有限公司，华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44