本發明屬于實驗設備領域，涉及拋光裝置，主要是涉及到一種金屬局部區域拋光的裝置。

背景技術：

電解拋光的技術基本原理是電化學拋光系統在通以一定的拋光電壓和電流密度后，陽極工件表面會產生電阻率高的粘性薄膜，在工件表面的不同位置處的薄膜厚度是不盡相同的：表面微觀上凸處的地方膜層較薄，電阻較小而電流密度較大，陽極工件溶解速率大；相反，表面微觀下凹處的薄膜分布較厚，電阻較大而使陽極工件的溶解速率小于表面上凸處。正是由于這層粘性薄膜厚度及電流密度大小的不一致，使工件表面微觀凸處溶解速率大于凹處的溶解速率，并隨著工作時間的延長，金屬表面粗糙度下降光亮度提高而實現了拋光。

在使用x射線衍射方法測量殘余應力的過程中，試樣的表面狀態對測量結果有較大大的影響，但大試樣的表面處理是非常有難度的，砂紙的打磨或者機械的拋光都會不同程度的引入殘余應力，影響測量結果。用電解拋光的方法進行表面處理，不受機械力的影響，不會產生附加應力，且表面腐蝕均勻，可消除因機械加工在試件表面產生的應力，從而提高測試的準確性，是一種理想的表面處理方法。

一般的電解拋光只適用于尺寸較小的工件，需要將待拋光的表面浸沒在拋光液中。而大尺寸工件難以實現將待拋光面完全浸沒，獲得完全光亮的表面有難度。所以對于大尺寸的工件，去除表面應力層，使用xrd測量殘余應力，需要采用特殊的裝置進行電解拋光。

技術實現要素：

本發明的目的是為了解決現有技術存在的問題，在不破壞大尺寸金屬試樣的前提下，采用3d打印的拋光裝置，設置適當工藝參數，即可獲得良好的平面或者曲面的局部表面狀態，符合xrd測試表面殘余應力去除加工過程中引入的要求。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

一種金屬局部電解拋光裝置，包含陰極電解拋光裝置、穩壓直流電源、導線、待拋試樣組成，其特征在于陰極電解拋光裝置由導電芯固定外殼、拋光液容器、頂蓋、塑料緊固螺絲、導電芯組成。導電芯固定外殼頂部設有頂蓋，上部為用于固定不銹鋼或石墨導電芯的圓柱狀手持裝置，下部與拋光液容器相連，導電芯固定外殼內部通過塑料緊固螺絲固定導電芯。不同的陰極外殼與導電芯的組合可以用于拋光不同材質及形狀的試樣。

進一步的，所述導電芯固定外殼制備工藝采用先進的3d打印增材制造技術，材質選用耐腐蝕的塑料。

進一步的，所述導電芯固定外殼下部連接的拋光液容器；考慮到拋光時間以及拋光時電解液流速的問題，將下部的拋光液容器設計為鼓肚形狀，拋光液容器上方有細嘴用于補充拋光液，陰極外殼的出口處經過機械拋光處理，其出口的直徑為8mm。

進一步的，拋光液容器分為六和七兩種，拋光液容器六可拋光大塊試樣局部平面；拋光液容器七出口處弧面的半徑為30mm，可拋光弧面半徑為20-30mm的弧面。

進一步的，導電芯采用耐腐蝕的不銹鋼或石墨棒，外形設計便于裝卸。

進一步的，不銹鋼導電芯直接加工成所需的外形，該外形為多層臺階狀圓柱，石墨棒導電芯另需加持附件，該加持附件采用耐蝕塑料，3d打印成型。(不同材質導電芯需要采用不同的頂蓋，一般來講，不銹鋼導電芯容易加工，頂蓋入口較細，石墨棒外購居多，不易加工，頂蓋入口較粗)。

進一步的，導電芯下端距陰極外殼出口處7—9mm，也就是極間距，導電芯下端裝有小于1mm厚的海綿。

進一步的，局部電解拋光對于拋光面積有一定的限制，采用絕緣膠帶密封被拋試樣周邊，保證單次局部拋光面積要小于40mm²。

拋光時將導電芯裝入導電芯固定外殼，用緊固螺絲固定并合上頂蓋，在導電芯下端固定上海綿，放入拋光液容器中，倒入電解拋光液即可進行電解拋光。

本發明主要特征及優勢有：在室溫條件下，對大體積的金屬試樣表面進行簡單的磨光，設置合適穩定的電壓，采用該裝置即可獲取光亮的局部拋光面。本發明可以有效的去除加工引入的表面殘余應力層，提高殘余應力測量的精確度。

附圖說明

圖1為本發明局部電解拋光裝置的結構示意圖。

圖2為陰極電解拋光裝置外殼及拋光液容器示意圖。

圖3為局部電解拋光裝置的陰極裝置導電芯及其附件示意圖。

以下給出圖1和圖2、圖3中主要部件的標記：

1-陰極電解拋光裝置，2-穩壓直流電源，3-導線，4-待拋試樣，5-導電芯固定外殼，6-拋光平面的電解液容器六，7-拋光弧面的電解液容器七，8-頂蓋，9-塑料緊固螺絲，10-分級臺階狀不銹鋼導電芯，11-石墨棒，12-石墨棒加持附件，13-海綿。

圖4a為鈦合金平面拋光前表面形貌圖，圖4b為鈦合金平面拋光后表面形貌圖。

圖5a為鈦合金曲面拋光前表面形貌圖，圖5b為鈦合金曲面拋光后表面形貌圖。

圖6a為不銹鋼平面拋光前表面形貌圖，圖6b為不銹鋼平面拋光后表面形貌圖。

具體實施方式

拋光工藝包括砂紙打磨—酒精擦拭吹干—絕緣膠帶密封—電解拋光—清水沖洗—酒精擦拭吹干。其中絕緣膠帶密封保證單次局部拋光面積要小于40mm²。

實施例1

以鈦合金的局部平面電解拋光為實施例進行說明，樣品尺寸為40*26*24mm。

步驟一：首先將試樣需要拋光的位置表面采用砂紙或者電動磨輪進行打磨，獲得劃痕一致質量較好的表面。本實例依次采用400#、600#、800#、1000#砂紙打磨，獲得了質量較好的初始表面。

步驟二：將待處理的試樣用絕緣膠帶進行密封，只暴露出需拋光的位置和連接電極的位置，局部拋光面積約為30mm²。然后調節直流電源電壓至90v-100v之間，再將鈦合金試樣接到電源的正極，不銹鋼陰極裝置連接到電源的負極。

步驟三：拋光液容器中倒入a3電解液，開始計時，并將陰極裝置移動到需拋光的位置，稍微抬起，讓電解液緩緩流出。保持電流在100ma左右，拋光時間為40s-50s。

步驟四：拋光完成后及時用清水沖洗干凈，去除電解液，獲得了光亮的局部平面。

電解拋光結果如圖4所示，電解拋光前的表面粗糙度為0.065，拋光后的表面粗糙度為0.009。

實施例2

以鈦合金的局部弧面電解拋光為實施例進行說明，樣品直徑為30mm，長60mm。

步驟一：首先將試樣需要拋光的位置表面采用砂紙或者電動磨輪進行打磨，獲得劃痕一致質量較好的表面。本實例依次采用400#、600#、800#、1000#砂紙打磨，獲得了質量較好的初始表面。

步驟二：將待處理的試樣用絕緣膠帶進行密封，只暴露出需拋光的位置和連接電極的位置，局部拋光面積約為30mm²。然后調節直流電源電壓至90v左右，再將圓柱試樣接到電源的正極，不銹鋼陰極裝置連接到電源的負極。

步驟三：圓柱狀試樣選用底端有弧度的電解液容器進行拋光。然后倒入a3電解液，開始計時，并將陰極裝置移動到需拋光的位置，稍微抬起，讓電解液緩緩流出。保持電流在50-100ma左右，拋光時間為40s-50s即可。

步驟四：拋光完成后及時用清水沖洗干凈，去除電解液，獲得了光亮的局部表面。

電解拋光結果如圖5所示，電解拋光前的表面粗糙度為0.133，拋光后的表面粗糙度為0.06。

實施例3

以不銹鋼的局部電解拋光為實施例進行說明，樣品尺寸為40*25*20mm。

步驟一：首先將試樣需要拋光的位置表面采用砂紙或者電動磨輪進行打磨，獲得劃痕一致質量較好的表面。本實例依次采用400#、600#、800#、1000#砂紙打磨，獲得了質量較好的初始表面。

步驟二：將待處理的試樣用絕緣膠帶進行密封，只暴露出需拋光的位置和連接電極的位置，局部拋光面積約為30mm²。然后調節直流電源電壓至50v-60v之間，再將不銹鋼試樣接到電源的正極，石墨陰極裝置連接到電源的負極。

步驟三：拋光液容器中倒入80％無水乙醇+20％高氯酸電解液，開始計時，并將陰極裝置移動到需拋光的位置，稍微抬起，讓電解液緩緩流出。保持電流在30ma—50ma，拋光時間為40s-60s。

步驟四：拋光完成后及時用清水沖洗干凈，去除電解液，獲得了光亮的局部平面。

電解拋光結果如圖6所示，拋光前的表面粗糙度為0.038，拋光后的表面粗糙度為0.002。

本發明的拋光裝置簡單，具有很強的通用性及可行性，對于不同材料選擇適合的拋光工藝參數，解決了實驗中不破壞大體積試樣而獲得局部光亮表面的問題。