本發(fā)明涉及磁流變加工技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種磁流變拋光液電化學(xué)保質(zhì)裝置及保質(zhì)方法。

背景技術(shù)：

磁流變拋光技術(shù)是一種最具前途的光學(xué)精密加工方法，該方法利用磁流變拋光液在外加磁場(chǎng)作用下發(fā)生流變效應(yīng)，粘性瞬間增大，形成具有一定塑性的類固態(tài)bingham體對(duì)工件實(shí)施拋光加工。由于流變后的磁流變拋光液具有一定柔性，磁流變加工可獲得無(wú)損傷的超光滑光學(xué)表面，且具備去除函數(shù)穩(wěn)定、柔度可控、適于加工的材料范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，因此，磁流變拋光技術(shù)已為業(yè)界高度關(guān)注，成為未來(lái)極具前途和應(yīng)用價(jià)值的超精密光學(xué)加工方法之一。

作為加工工作介質(zhì)，磁流變拋光液是磁流變拋光技術(shù)的核心，其性能的優(yōu)劣直接決定著拋光質(zhì)量的好壞。目前，用于加工的磁流變拋光液主要由磁性鐵粉顆粒、非磁性磨料、載基液及穩(wěn)定劑等成分構(gòu)成。由于加工通常在開放環(huán)境中進(jìn)行，磁流變拋光液中的磁性鐵粉顆粒極易被空氣及基液中溶解的氧元素氧化，導(dǎo)致變質(zhì)失效現(xiàn)象發(fā)生。變質(zhì)會(huì)降低磁流變拋光液的均勻性和再分散性，使流動(dòng)性變差，流變效應(yīng)下降，嚴(yán)重影響拋光效果，極大縮短磁流變拋光液使用壽命，實(shí)踐表明：未作保質(zhì)處理的磁流變拋光液自然失效時(shí)間一般為6~8天左右。由于磁流變拋光液價(jià)格昂貴，單價(jià)通?？蛇_(dá)每升1500元左右甚至更高，加工時(shí)流體用量較大，變質(zhì)問(wèn)題使得磁流變拋光液的使用成本及磁流變加工成本非常高。目前，該技術(shù)主要用于產(chǎn)品附加值較高的高端精密光學(xué)加工領(lǐng)域，而在一般領(lǐng)域，受成本問(wèn)題所限，應(yīng)用效果并不理想。磁流變拋光液氧化變質(zhì)問(wèn)題因而成為阻礙磁流變加工成本大幅降低、制約其推廣應(yīng)用的頸瓶，延長(zhǎng)磁流變拋光液使用壽命成為亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

發(fā)明專利cn1202848a公開了一種“確定性磁流變流體精整加工”方法，通過(guò)調(diào)節(jié)磁流變拋光液ph值到9-11左右，使之呈強(qiáng)堿性，通過(guò)鈍化作用抑制鐵粉顆粒氧化，使磁流變拋光液保質(zhì)時(shí)間延長(zhǎng)至4周左右。堿化處理雖然對(duì)延長(zhǎng)磁流變拋光液使用壽命具有一定效果，但由于拋光時(shí)工件與鐵粉顆粒的相互作用破壞了氧化膜，氧化得以繼續(xù)進(jìn)行，因而該方法無(wú)法從根本上抑制氧化，不足以改善磁流變加工成本高昂的局面。

綜上所述，可知已有研究對(duì)于提高磁流變拋光液抗氧化能力效果并不理想。因此有必要對(duì)探索新的保質(zhì)方法和途徑，抑制氧化，大幅延長(zhǎng)流體使用壽命，降低加工成本，拓寬磁流變拋光技術(shù)應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種磁流變拋光液電化學(xué)保質(zhì)裝置及保質(zhì)方法，從根本上抑制磁流變拋光液中的鐵粉氧化，顯著延長(zhǎng)流體使用壽命，大幅降低磁流變拋光成本。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種磁流變拋光液電化學(xué)保質(zhì)裝置，包括：

絕緣容器；

盛放于所述絕緣容器中，并被滲透膜分隔的磁流變拋光液和單相基液；

置于單相基液內(nèi)的輔助陽(yáng)極；

置于磁流變拋光液中的陰極；以及

與所述輔助陽(yáng)極、陰極電連接的直流電源。

上述裝置中，滲透膜阻止磁流變拋光液中的鐵粉向單相基液一側(cè)擴(kuò)散，但允許基液及離子透過(guò)滲透膜在磁流變拋光液和單相基液之間進(jìn)行交換，形成電流，通過(guò)控制直流電源的電壓可以控制流經(jīng)磁流變拋光液的電流大小，從而調(diào)節(jié)電化學(xué)保質(zhì)效果；由于磁流變拋光液與陰極直接接觸，其電位較低，磁流變拋光液處于免蝕區(qū)，極大抑制了其中的磁性羰基鐵粉氧化。

本發(fā)明的裝置還包括置于磁流變拋光液中，對(duì)所述磁流變拋光液進(jìn)行攪拌，防止磁流變拋光液沉降結(jié)塊的攪拌器。

進(jìn)一步地，本發(fā)明的裝置還包括將所述磁流變拋光液泵送至加工區(qū)域的動(dòng)力泵，以及將經(jīng)過(guò)拋光加工處理后剩余的磁流變拋光液抽回所述絕緣容器的回流泵。

絕緣容器頂部通過(guò)蓋板蓋合，且所述蓋板與所述磁流變拋光液、單相基液的液面之間充滿氮?dú)?，防止空氣進(jìn)入絕緣容器氧化磁流變拋光液。

進(jìn)一步地，本發(fā)明的滲透膜采用過(guò)濾膜或離子交換膜，優(yōu)選過(guò)濾膜額定孔徑小于0.5μm，進(jìn)一步優(yōu)選過(guò)濾膜額定孔徑小于0.05μm，更好地阻止磁流變拋光液中的鐵粉向單相基液一側(cè)擴(kuò)散。優(yōu)選離子交換膜為堿性氫氧根陰離子交換膜，進(jìn)一步優(yōu)選為聚砜基氫氧根離子交換膜、噻唑和吡咯烷季銨化氫氧根離子交換膜、季銨化聚砜氫氧根離子交換膜、聚醚醚酮基氫氧根離子交換膜或咪唑鎓化聚砜共混氫氧根交換膜。

相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種利用上述磁流變拋光液電化學(xué)保質(zhì)裝置對(duì)磁流變拋光液進(jìn)行電化學(xué)保質(zhì)的方法，該方法包括：將陰極置于磁流變拋光液中，通過(guò)降低磁流變拋光液的體系電位，使磁流變拋光液處于免蝕區(qū)，抑制磁流變拋光液中的磁性羰基鐵粉氧化。

針對(duì)上述原理，本發(fā)明方法具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程包括：開啟直流電源，基液及離子通過(guò)滲透膜在磁流變拋光液與單相基液之間進(jìn)行交換，形成電流；滲透膜阻止磁流變拋光液中的鐵粉向單相基液一側(cè)擴(kuò)散；電流從電源正極經(jīng)輔助陽(yáng)極、單相基液、磁流變拋光液和陰極流回電源負(fù)極；所述陰極置于磁流變拋光液中，導(dǎo)致磁流變拋光液電位比單相基液電位低，使磁流變拋光液處于免蝕區(qū)，抑制磁流變拋光液中的磁性羰基鐵粉氧化。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果為：本發(fā)明輔助陽(yáng)極置于單相基液中不與磁性鐵粉接觸，陰極則置于磁流變拋光液中；電流從電源正極經(jīng)輔助陽(yáng)極、單相基液、磁流變拋光液和陰極流回電源負(fù)極，由于陰極置于磁流變拋光液中，磁流變拋光液電位較低，使其處于免蝕區(qū)，極大抑制了其中的磁性羰基鐵粉氧化，大幅延長(zhǎng)磁流變拋光液使用壽命，顯著降低磁流變拋光加工成本。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為fe-h2o體系電位-ph圖；

圖3為本發(fā)明離子交換膜工作原理圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，磁流變拋光液3和單相基液5盛于絕緣容器1中；滲透膜4將磁流變拋光液3和單相基液5分隔，阻止磁流變拋光液3中的鐵粉向單相基液5一側(cè)擴(kuò)散，但允許基液及離子透過(guò)滲透膜4在磁流變拋光液3和單相基液5之間進(jìn)行交換，形成電流；直流電源7的正、負(fù)極分別與輔助陽(yáng)極6、陰極8連接；輔助陽(yáng)極6置于單相基液5中；陰極8則置于磁流變拋光液3中；電流從電源正極經(jīng)輔助陽(yáng)極6、單相基液5、磁流變拋光液3和陰極8流回電源負(fù)極；通過(guò)控制直流電源7的電壓可以控制流經(jīng)磁流變拋光液3的電流大小，從而調(diào)節(jié)電化學(xué)保質(zhì)效果；由于磁流變拋光液3與陰極8直接接觸，其電位較低，磁流變拋光液3處于免蝕區(qū)，極大抑制了其中的磁性羰基鐵粉氧化；絕緣容器1頂部裝有蓋板12，蓋板12與溶液液面之間的空間充滿氮?dú)?，防止空氣進(jìn)入絕緣容器1氧化磁流變拋光液3；攪拌器2置于磁流變拋光液3中，對(duì)其進(jìn)行機(jī)械攪拌，防止磁流變拋光液3沉降結(jié)塊；拋光加工時(shí)，動(dòng)力泵11和回流泵10同時(shí)開啟，磁流變拋光液3經(jīng)動(dòng)力泵11輸送至加工區(qū)域，再經(jīng)回流泵10抽回絕緣容器1中，形成流體循環(huán)。若滲透膜4采用離子交換膜，由于氫氧根離子透過(guò)滲透膜4從磁流變拋光液3流向單相基液5，導(dǎo)致磁流變拋光液3堿性減弱，單相基液5堿性增強(qiáng)，動(dòng)力泵13適時(shí)適量抽取單相基液5至磁流變拋光液3，使磁流變拋光液3和單相基液5酸堿性保持均衡。

本發(fā)明中，絕緣容器1采用耐堿蝕的絕緣材料制作，優(yōu)選為pvc或pp塑膠；輔助陽(yáng)極6可選用不溶性材料制作，要求具備：導(dǎo)電性好、陽(yáng)極/單相基液的界面電阻低，極化小、耐腐蝕、壽命長(zhǎng)、價(jià)格便宜等特點(diǎn)，優(yōu)選為鉑/氧化鉑、石墨、鍍鉑鈦或鉑合金等。

本發(fā)明中，輔助陽(yáng)極采用比金屬鐵更活潑的金屬。

參見圖2，磁流變拋光液電化學(xué)保質(zhì)機(jī)理的fe-h2o體系電位-ph圖中，吸氧腐蝕區(qū)14為fe²⁺和h2o的穩(wěn)定區(qū)，當(dāng)fe-h2o體系電位-ph值處于吸氧腐蝕區(qū)14時(shí)，fe易發(fā)生吸氧腐蝕；析氫腐蝕區(qū)15為fe²⁺和h2的穩(wěn)定區(qū)，當(dāng)fe-h2o體系電位-ph值處于析氫腐蝕區(qū)15時(shí)，fe易發(fā)生析氫腐蝕；免蝕區(qū)16為單質(zhì)fe的穩(wěn)定區(qū)，當(dāng)fe-h2o體系電位-ph值處于免蝕區(qū)16時(shí)，fe不易發(fā)生腐蝕；鈍態(tài)區(qū)17為氧化膜保護(hù)區(qū)，當(dāng)fe-h2o體系電位-ph值處于鈍態(tài)區(qū)17時(shí)，fe因受氧化膜保護(hù)而不易發(fā)生腐蝕。圖2中，φe為體系電位，ph值表征溶液的酸堿度。

由圖2可知，體系處于吸氧腐蝕區(qū)是fe氧化的主要原因，若要避免氧化，可采用如下措施：

（a）增加溶液的ph值，使之呈強(qiáng)堿性，使體系進(jìn)入鈍態(tài)區(qū)；

（b）將體系電位降至免蝕區(qū)，對(duì)鐵粉施行陰極保護(hù)。

如前所述，依據(jù)措施（a）對(duì)磁流變拋光液3進(jìn)行堿化處理無(wú)法從根本上抑制氧化，不足以改善磁流變加工成本高昂的局面。本發(fā)明依據(jù)措施（b）提出一種磁流變拋光液電化學(xué)保質(zhì)方法，如圖1所示，將陰極8置于磁流變拋光液3中，通過(guò)降低磁流變拋光液3的體系電位，使其進(jìn)入免蝕區(qū)16，從根本上抑制氧化，顯著延長(zhǎng)流體使用壽命，大幅降低磁流變拋光成本。

圖3用于說(shuō)明滲透膜4采用離子交換膜時(shí)的離子交換工作原理，電流經(jīng)單相基液5、滲透膜4流向磁流變拋光液3，磁流變拋光液3中的氫氧根離子則在電場(chǎng)作用下，透過(guò)滲透膜4單向流至單相基液5，導(dǎo)致磁流變拋光液3中氫氧根離子濃度降低，堿性減弱，單相基液5中氫氧根離子濃度升高，堿性增強(qiáng)。